Los metabolitos marinos yodados contribuyen a la defensa antimicrobiana y citotóxica
Las modernas investigaciones sobre metabolitos secundarios de microbios, plantas y organismos marinos han revelado una notable diversidad de estructuras químicas y bioactividades con amplias aplicaciones en biotecnología, agricultura y medicina. La mayoría de los productos naturales están compuestos por elementos biogénicos primarios como carbono, hidrógeno, nitrógeno y oxígeno.
Sin embargo, una pequeña proporción de estos metabolitos contiene elementos atípicos, como boro, yodo, flúor, selenio y arsénico. Su inusual composición atómica da lugar a distintas vías biosintéticas, funciones biológicas únicas y una reactividad química especializada, lo que supone un desafío para la comprensión convencional de la biosíntesis de productos naturales.
Un nuevo estudio de revisión reúne los descubrimientos de estos metabolitos únicos reportados desde 1944 hasta 2025, analizando su diversidad estructural, los mecanismos bioquímicos mediante los cuales se introducen estos elementos y sus propiedades biológicas únicas. El estudio fue dirigido por el profesor Seoung Rak Lee, profesor adjunto de la Facultad de Farmacia de la Universidad Nacional de Pusan.
"Si bien estos compuestos son escasos, revelan cómo los organismos superan importantes desafíos para sintetizar estos metabolitos, cuya obtención resulta difícil en condiciones biológicas normales. Queríamos analizar las bases enzimáticas de estas transformaciones tan particulares", explicó Lee, refiriéndose a la motivación de la investigación.
Los átomos atípicos confieren propiedades difíciles de lograr mediante la bioquímica convencional. Su incorporación puede alterar la lipofilicidad, mejorar la estabilidad metabólica, promover la actividad redox, facilitar la coordinación de metales o potenciar la actividad biológica.
Imagen: Los elementos raros presentes en los productos naturales abren nuevas posibilidades químicas, lógica biosintética y actividades biológicas. Crédito: Natural Product Reports (2026). DOI: 10.1039/d5np00083a
Estos átomos se integran en los metabolitos mediante estrategias biosintéticas especializadas. El flúor se introduce a través de la formación de enlaces carbono-flúor, un proceso biológico poco frecuente, mientras que el selenio se incorpora mediante vías específicas de formación de enlaces selenio-carbono. Los compuestos que contienen arsénico suelen originarse mediante metilación dependiente de S-adenosil-L-metionina (SAM) y transformaciones posteriores. El boro se introduce típicamente mediante la complejación no enzimática de boronato o borato, mientras que el yodo se incorpora mediante reacciones mediadas por halogenasas o haloperoxidasas.
La revisión destaca diversas familias de metabolitos que contienen átomos atípicos. Los productos naturales que contienen boro, como la boromicina y los tartrolones, presentan actividades antibacterianas, antiparasitarias, antivirales, inmunomoduladoras y de detección de quórum. Los productos naturales fluorados, como el fluoroacetato, la 4-fluoro-L-treonina y la nucleocidina, demuestran cómo la inusual química carbono-flúor produce potentes toxinas y compuestos antimicrobianos.
Los metabolitos que contienen arsénico abarcan un amplio espectro químico y biológico. Compuestos como la arsenobetaína y los arsenoazúcares actúan como formas de almacenamiento o desintoxicación relativamente inertes en las redes tróficas marinas, mientras que los arsenolípidos y la arsenicina A presentan mayor bioactividad o toxicidad.
Imagen: Los tasihalides A (33) y B (34) son diterpenos yodados estructuralmente sin precedentes aislados de una cianobacteria marina perteneciente al género Symploca y un alga roja no identificada, respectivamente. Crédito: Natural Product Reports (2026). DOI: 10.1039/d5np00083a
Los compuestos que contienen selenio, como la selenoneína y la selenocisteína, favorecen la protección antioxidante y la regulación redox, mientras que los metabolitos marinos yodados contribuyen a la defensa antimicrobiana y citotóxica. Los metales de transición, como el vanadio y el molibdeno, funcionan principalmente como cofactores biológicos que favorecen la fijación de nitrógeno, la halogenación, la reducción de nitratos, la desintoxicación de sulfitos y el metabolismo de las purinas.
En conjunto, estos metabolitos contribuyen a la desintoxicación, la regulación redox, la defensa, la señalización, el transporte de iones, el ciclo de nutrientes y los procesos biogeoquímicos globales.
Esta revisión ofrece la primera visión general exhaustiva de los productos naturales que contienen átomos atípicos. Los avances en minería genómica, metagenómica, enzimología, metaloproteómica, marcaje isotópico, criomicroscopía electrónica y aprendizaje automático podrían acelerar el descubrimiento de nuevas rutas biosintéticas y posibilitar la biocatálisis sostenible, la ingeniería enzimática y la innovación terapéutica.
"Nuestros hallazgos proporcionan un valioso marco para el descubrimiento de nuevos productos naturales bioactivos y enzimas biosintéticas con aplicaciones en el descubrimiento de fármacos, la biocatálisis y la biología sintética. Comprender cómo incorpora la naturaleza átomos atípicos en moléculas complejas también puede inspirar el desarrollo de nuevos productos farmacéuticos, estrategias de fluoración y seleniación respetuosas con el medio ambiente y procesos biotecnológicos sostenibles para la producción de productos químicos de alto valor", concluyó Lee.
El estudio de revisión se ha publicado en Natural Product Reports: Natural products with atypical atoms: unveiling structures, biosynthetic pathways, and bioactivities
