Una nueva plataforma bacteriana puede producir millones de péptidos estabilizados en un solo experimento, acelerando la búsqueda de terapias contra objetivos difíciles de tratar. Los péptidos terapéuticos están experimentando un aumento de interés, impulsado por importantes avances, incluido el éxito de fármacos para la pérdida de peso como el semaglutide y el tirzepatide. Con más de 80 fármacos peptídicos ya en el mercado y cientos más en desarrollo clínico y preclínico, se espera que el mercado mundial de terapias basadas en péptidos crezca hasta los 68.830 millones de dólares para 2028.
A pesar de su promesa, descubrir y desarrollar fármacos peptídicos no es sencillo. Los péptidos suelen ser estructuralmente flexibles, se degradan fácilmente por las enzimas del organismo y pueden tener dificultades para entrar en las células, lo que limita su estabilidad y eficacia como fármacos.
Una estrategia prometedora para superar estos desafíos es el “stapling” de péptidos, una técnica que bloquea químicamente los péptidos en una forma estable. Pero incluso con el “stapling”, descubrir péptidos que sean potentes y similares a un fármaco es un cuello de botella importante. Los métodos de descubrimiento tradicionales requieren que los péptidos se sinteticen, modifiquen, purifiquen y prueben en varios pasos, un proceso que a menudo es lento y requiere muchos recursos.
Ahora, investigadores de la Universidad de Bath han desarrollado un enfoque revolucionario que aprovecha las bacterias para facilitar el descubrimiento de fármacos. Su nuevo sistema, publicado en Cell Chemical Biology, utiliza bacterias para producir, estabilizar químicamente y probar millones de moléculas peptídicas dentro de células vivas, todo en un proceso único y simplificado. El resultado es una forma más rápida, limpia y escalable de identificar posibles terapias para proteínas que durante mucho tiempo han resistido el desarrollo farmacéutico convencional.
Dejando que las bacterias hagan el trabajo duro
Una innovación clave de la plataforma de Bath es el uso de péptidos “stapled”, moléculas químicamente restringidas que mantienen una forma biológicamente activa estable. Muchos péptidos adoptan naturalmente estructuras específicas cuando se unen a sus objetivos, pero fuera de la célula son flexibles y propensos a perder esa forma. Esta inestabilidad limita su eficacia como fármacos.
En general, el “stapling” puede transformar un péptido débil en algo mucho más parecido a una molécula similar a un fármaco
—Jody Mason, University of Bath
“Muchos péptidos biológicamente activos adoptan una estructura alfa-helicoidal cuando se unen a sus objetivos, pero en solución a menudo se desploman y pierden esa estructura”, explicó Jody Mason, autora principal del estudio y bioquímica de la Universidad de Bath, a DDN. “Al insertar un enlace cruzado químico, conocido como ‘staple’, entre dos residuos, podemos estabilizar la hélice. Esa estabilización proporciona varios beneficios. Puede proporcionar una mejor unión al objetivo, una mayor resistencia a la degradación y, potencialmente, una mejor capacidad para entrar en las células. En general, el ‘stapling’ puede transformar un péptido débil en algo mucho más parecido a una molécula similar a un fármaco.”
En el sistema de Bath, estos péptidos “stapled” no se fabrican en un tubo de ensayo, sino que se producen directamente dentro de células bacterianas vivas. “En lugar de sintetizar péptidos y luego unirlos químicamente después, preguntamos si podíamos llevar a cabo la reacción de ‘stapling’ dentro de las células vivas durante el proceso de selección”, dijo Mason. “Al hacerlo, la biología selecciona eficazmente tanto la secuencia del péptido como la geometría de restricción óptima al mismo tiempo.”
Los péptidos se expresan en bacterias como parte de bibliotecas codificadas genéticamente, con cada célula produciendo una secuencia única. Los investigadores luego agregan pequeñas moléculas bis-alquilantes a la cultura bacteriana. Estas moléculas cruzan la membrana bacteriana y reaccionan con pares de residuos de cisteína diseñados en los péptidos, formando el “staple” y ciclando la molécula dentro de la célula viva.
En lugar de crear péptidos en el laboratorio y modificarlos en varios pasos, este nuevo enfoque permite generar simultáneamente millones de moléculas candidatas dentro de las bacterias. Esto acelera drásticamente el proceso de descubrimiento y reduce la necesidad de una síntesis y purificación complejas y en varios pasos que tradicionalmente ralentizan el desarrollo de fármacos peptídicos. También hace que el método sea más limpio, ecológico y escalable, con el potencial de acelerar el descubrimiento de terapias peptídicas mucho más allá de lo que pueden lograr los métodos de laboratorio convencionales.
Selección por supervivencia
La magia de la plataforma de Bath no solo reside en la producción y el “stapling” de péptidos dentro de las bacterias, sino también en cómo identifica a los candidatos más prometedores. Esto se hace utilizando un sistema llamado ensayo de supervivencia del bloqueo de la transcripción (TBS), que vincula la actividad del péptido directamente a la supervivencia bacteriana.
En esta configuración, las bacterias se diseñan de tal manera que un factor de transcripción (una proteína que el equipo quiere inhibir) bloquea la expresión de un gen esencial. Si el factor de transcripción está activo, la célula no puede crecer. Pero si un péptido bloquea con éxito el factor de transcripción, se elimina el bloqueo y la célula sobrevive.
“El ensayo TBS filtra automáticamente las secuencias que son inestables, no específicas, tóxicas o poco expresadas”, explicó Mason. “Solo los péptidos que son estables, funcionales y capaces de interactuar selectivamente con el objetivo dentro de la célula permiten que sus células huésped crezcan.”
Este enfoque no solo es rápido y eficiente, sino que también garantiza que los péptidos identificados tengan más probabilidades de ser funcionales en las células humanas, ya que deben resistir un entorno celular vivo para tener éxito. Representa un cambio drástico con respecto al descubrimiento tradicional de péptidos, donde cada molécula debe sintetizarse, modificarse y probarse minuciosamente en varios pasos.
Apuntando a CREB1
Para su prueba de concepto, el equipo de Mason se centró en CREB1 (proteína de unión al elemento de respuesta al AMP cíclico 1), un factor de transcripción oncogénico implicado en múltiples cánceres. CREB1 regula los genes involucrados en la proliferación, la supervivencia y la metástasis celular, lo que lo convierte en un objetivo de alto valor, pero históricamente “no tratable”.
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“Los factores de transcripción como CREB1 a menudo se consideran no tratables porque sus superficies de interacción son difíciles de atacar para las moléculas pequeñas”, señaló Mason. “Lo emocionante de este estudio fue que la plataforma de selección produjo péptidos cíclicos con afinidad de unión nanomolar que podrían interrumpir la interacción CREB1-ADN. Cuando se hizo permeable a las células, el péptido líder suprimió la transcripción dependiente de CRE y redujo la viabilidad de las células cancerosas.”
Después de identificar péptidos prometedores en bacterias, el equipo sintetizó los resultados y los probó en ensayos bioquímicos y celulares. Estas pruebas confirmaron que los péptidos se unen a CREB1, interrumpen las interacciones proteína-ADN, entran en las células cancerosas humanas y matan selectivamente las células cancerosas en el laboratorio.
Un enfoque de plataforma altamente flexible
El enfoque del equipo de la Universidad de Bath representa un cambio importante en la forma en que se pueden descubrir y optimizar los fármacos peptídicos. Al permitir que la biología “elija” los péptidos más funcionales, el sistema puede explorar millones de candidatos en un solo experimento, aumentando enormemente la eficiencia del descubrimiento.
“Esta tecnología abre completamente nuevas formas de abordar los objetivos del cáncer que durante mucho tiempo se han considerado no tratables”, dice Mason. “No solo estamos encontrando péptidos que se unen a un objetivo, sino que estamos encontrando péptidos que están químicamente estabilizados, resistentes a la degradación y funcionales dentro de las células vivas.”
Si bien el estudio actual se centró en CREB1, la tecnología central es altamente adaptable. En principio, cualquier interacción proteica que pueda acoplarse a una lectura de selección genética podría ser el objetivo, abriendo posibilidades en oncología, enfermedades infecciosas y otras áreas terapéuticas.
A medida que el equipo avanza hacia la prueba de sus péptidos en modelos de tejidos más complejos y estudios con animales, la plataforma de Bath se presenta como un plan para los fármacos peptídicos de próxima generación. Al combinar la escalabilidad, la flexibilidad y la validación intracelular, podría transformar el descubrimiento de fármacos contra los objetivos proteicos más esquivos y médicamente importantes, brindando a los investigadores nuevas herramientas para abordar enfermedades que durante mucho tiempo han desafiado las terapias convencionales.
