Antarctic environments as a source of bacterial and fungal therapeutic enzymes

Abstract

Microbial therapeutic enzymes are the protagonists in the pharmacological treatment of different human diseases. The intrinsic enzymatic characteristics, such as high affinity and specificity to the corresponding substrate, enable effective therapies, with minimal adverse effects and complete remission. However, immunogenicity, short half-life, low enzymatic yield, and low selectivity regarding available enzyme drugs are currently the main obstacles to their development and the broad adherence to therapeutic protocols. By harboring adapted and still unexplored microbial life, environments of extreme conditions, such as Antarctica, become especially important in the prospecting and development of new enzymatic compounds that present higher yields and the possibility of genetic improvement. Antarctic microorganisms have adaptation mechanisms, such as more fluid cell membranes, production of antifreeze proteins and enzymes with more malleable structures, more robust, stable, selective catalytic sites for their respective substrates, and high antioxidant capacity. In this context, this review aims to explore enzymes synthesized by bacteria and fungi from Antarctica as potential drug producers, capable of providing therapeutic efficacy, less adverse effects, and lower production costs with highlight to L-Asparaginase, collagenase, superoxide dismutase and ribonucleases. In addition, this review highlights the unique biotechnological profile of these Antarctic extremophile microorganisms.

Biodiversidad microbiana en la producción del biofármaco L-asparaginasa: Una revisión sobre su potencial terapéutico

“…Los síntomas más comunes incluyen anafilaxia, dolor, edema de Quincke, urticaria, eritema, rash y prurito, por lo cual son la causa principal para interrumpir el tratamiento ( 4,18 ). L-asparaginasa nativa de E. coli provoca respuesta inmunitaria en los pacientes, principalmente por su gran tamaño y origen procariota ( 4 ), por lo que alcanza altas tasas de hipersensibilidad (30-75%) y de desarrollo de anticuerpos anti-EcAII (70%) ( 7,18 ). Aunque la producción de anticuerpos no siempre está asociada con hipersensibilidad, sí puede provocar la rápida inactivación del biofármaco y acortar su vida media, lo que genera resistencia al tratamiento, reduce su actividad y desencadena la "inactivación silenciosa" en aproximadamente el 30% de los pacientes ( 18 ).…”

“…Sin embargo, dicha actividad no es necesaria frente a células cancerosas negativas de L-asparagina sintetasa, por lo que se ha intentado descubrir L-asparaginasa libre de actividad L-glutaminasa ( 4,9,19 ). Los efectos secundarios recurrentes, como disfunción hepática, hiperglucemia, broncoespasmo, pancreatitis, leucopenia, convulsiones neurológicas y anomalías de la coagulación que conducen a trombosis o hemorragia intracraneal, están relacionados con la actividad L-glutaminasa presente en las enzimas comercializadas actualmente ( 4,7,17 ).…”

“…Revista de Investigación (de la Universidad Norbert Wiener) nuevos perfiles catalíticos que puedan satisfacer la demanda farmacéutica u otras ( 7,24 ). Además, constituye una oportunidad para realizar el descubrimiento de nuevos microorganismos y biomoléculas ( 22,24 ).…”

“…Es una enzima usada principalmente como agente quimioterápico para el manejo de la leucemia linfoblástica aguda (LLA) y linfomas no Hodgkin, aunque también se usa en el tratamiento de carcinoma pancreático, leucemia aguda mielomonocítica, leucemia aguda mielocítica, leucemia crónica linfocítica, retículo sarcoma, linfosarcoma y melanoma sarcoma ( 3 ). Ha contribuido con éxito a aumentar las tasas de supervivencia hasta el 90% ( [4][5][6] ), por lo cual se ha configurado como un medicamento indispensable en la terapéutica oncológica ( 7 ).…”

“…En 1978, fue aprobado por la Food and Drug Administration (FDA) el primer biofármaco de L-asparaginasa para el tratamiento de LLA ( 8 ) y, actualmente, se encuentra en la Lista de Medicamentos Esenciales de la Organización Mundial de la Salud ( 7,9 ) y en el Petitorio Nacional Único de Medicamentos Esenciales del Perú. Se estima que su demanda en el mercado terapéutico alcance los 420 millones de dólares en 2025 ( 10 ), ya que su demanda mundial representa el 40% del total de enzimas y la tercera parte de los agentes antileucémicos ( 11 ).…”