Emily Balskus

Emily P. Balskus es una bióloga química, enzimóloga, microbióloga y bioquímica estadounidense nacida en Cincinnati, Ohio, en 1980. Forma parte del profesorado del departamento de Química y Biología Química de la Universidad de Harvard desde 2011 y actualmente es Profesora Morris Kahn. Ha publicado más de 80 artículos revisados ​​por pares y tres capítulos de libros. Desde 2012, ha sido invitada a impartir más de 170 conferencias, ha ocupado cargos en diversos consejos editoriales y ha colaborado como revisora ​​para revistas como ACS y Nature , entre otras. Balskus también trabaja como consultora para Novartis , Kintai Therapeutics y Merck & Co.

Balskus ya estaba interesada en una posible carrera científica desde la escuela primaria, donde realizó un experimento para la feria de ciencias sobre dilución y conservación de la materia. ^{[ 1 ]} Más tarde, en la escuela secundaria, se introdujo en la química y quedó "cautivada por la emoción de manipular moléculas en el laboratorio". Posteriormente, en su carrera científica, esto evolucionó hacia su fascinación por cómo se forman las moléculas en los organismos vivos. En una entrevista para los Premios Blavatnik para Jóvenes Científicos , Balskus reflexiona que probablemente se inspiró para dedicarse a la ciencia porque todas sus profesoras de ciencias eran mujeres. ^{[ 2 ]}

Balskus recibió una licenciatura con el máximo honor en química, summa cum laude, en 2002 de Williams College , ^{[ 3 ] [ 4 ]} donde publicó su primer artículo sobre la síntesis de (-)-hennoxazol A en el laboratorio del profesor Thomas E. Smith. ^{[ 5 ]} Luego fue a la Universidad de Cambridge como becaria Churchill donde obtuvo una maestría en química en el laboratorio de Steven V. Ley . ^{[ 3 ] [ 4 ]} Balskus recibió su doctorado con el químico orgánico Eric Jacobsen , en Harvard en 2008. Allí propuso la novedosa idea de usar un catalizador asimétrico para controlar la formación de enlaces químicos a través de moléculas cíclicas grandes para formar el estereoisómero favorecido . ^{[ 6 ]} Luego cambió de la química orgánica a la biología química mientras realizaba una beca postdoctoral de 2008 a 2011 en la Facultad de Medicina de Harvard con el investigador de productos naturales Christopher Walsh . Juntos colaboraron en la biosíntesis de la escitonemina , un "protector solar microbiano" utilizado para proteger a los microorganismos de la dañina luz ultravioleta. ^{[ 4 ]} En 2009 se convirtió en miembro del Curso de Verano sobre Diversidad Microbiana en el Laboratorio de Biología Marina de Woods Hole y recibió formación en ecología microbiana y microbiología ambiental . ^{[ 7 ]}

La investigación del laboratorio de Balskus se centra en el microbioma humano , que comprende los billones de microorganismos comensales, simbióticos y patógenos que viven en nosotros y sobre nosotros. Estos microorganismos incluyen bacterias , protozoos y virus . Debido a la abundancia de genes en el microbioma humano (200 veces la cantidad en el genoma humano ), muchas enzimas y/o sus mecanismos no han sido caracterizados. ^{[ 8 ]} Por lo tanto, dos de los objetivos de Balskus son dilucidar los mecanismos mediante los cuales estas enzimas microbianas realizan reacciones químicas e identificar los microbios, genes y enzimas específicos responsables de actividades metabólicas clave. Un tercer objetivo es desarrollar métodos biocompatibles para controlar, manipular y estudiar la química microbiana in situ . ^{[ 9 ]}

La bioinformática se aplica ampliamente en el laboratorio de Balskus para estudiar la gran cantidad de genes del microbioma humano. La bioinformática es la "ciencia de almacenar, recuperar y analizar grandes cantidades de información biológica". ^{[ 10 ]} Ejemplos de análisis bioinformáticos utilizados en el laboratorio de Balskus son: filogenética , alineamientos de secuencias , modelado de homología y anotación de ADN . Un logro clave del laboratorio de Balskus fue la elucidación de la enzima responsable de la conversión ya conocida de colina a trimetilamina , la colina trimetilamina-liasa. Identificaron el grupo de genes necesario para la escisión del enlace CN de la colina e hipotetizaron que codificaba una enzima radical glicilo (GRE), una clase de enzimas que no se había reportado previamente que realizaran ese tipo de química. Los alineamientos de secuencias del grupo de genes y de enzimas con radical glicilo previamente caracterizadas funcionalmente, así como los modelos de homología de la enzima sospechosa, revelaron la presencia de residuos clave de glicina y cisteína conservados en el sitio activo, lo que respalda la hipótesis de que la enzima pertenece a la familia de enzimas GRE. Esta investigación es importante porque el metabolismo de la colina tiene posibles vínculos con el síndrome del mal olor a pescado, la enfermedad del hígado graso no alcohólico, la aterosclerosis y las enfermedades cardiovasculares. ^{[ 11 ]}

Otra publicación clave, «Una enzima radical glicilo prominente en los microbiomas intestinales humanos metaboliza la trans-4-hidroxi-L-prolina » ^{[ 12 ]} , describe un importante enfoque de investigación utilizado por Balskus y su equipo: el perfilado funcional guiado químicamente. Primero, se identifica una familia de enzimas de interés (en este caso, la familia GRE) y se comparan las secuencias de aminoácidos de todos sus miembros. Conociendo las estructuras y funciones de los miembros ya caracterizados de la familia de enzimas y los residuos de aminoácidos responsables, se construye una red de similitud de secuencias (SSN) para agrupar las secuencias de enzimas en clústeres que comparten una función biológica. La SSN se utiliza para interpretar los datos generados por Short-BRED, una herramienta de análisis metagenómico cuantitativo que utiliza las secuencias de aminoácidos de la familia de enzimas como entrada. Short-BRED identifica los marcadores de secuencia únicos de cada grupo de miembros similares y determina secuencialmente su abundancia en el microbioma humano. Esta herramienta puede utilizarse para identificar miembros no caracterizados y priorizar su estudio en función de su abundancia.

La química biocompatible es otra estrategia integral en el laboratorio de Balskus. Estas transformaciones se definen como "reacciones químicas no enzimáticas que interactúan con el metabolismo de los organismos vivos de una manera que altera la función biológica". ^{[ 13 ]} Han logrado desarrollar reacciones de ciclopropanación e hidrogenación biocompatibles para alterar la reactividad de los microbios mediante el uso de catalizadores no enzimáticos, ftalocianina de hierro(III) y paladio, respectivamente. ^{[ 14 ] [ 15 ]} Otra aplicación de este enfoque utilizada por Balskus es rescatar la actividad de microbios auxótrofos con el uso de reacciones catalizadas por metales de transición. Este enfoque produce los nutrientes esenciales que se necesitan para el crecimiento y la supervivencia de los microbios por una ruta no nativa. ^{[ 13 ]} Lograron rescatar un auxótrofo que carecía de la capacidad de producir ácido p -aminobenzoico ( PABA ), un precursor del ácido fólico , mediante el uso de un catalizador de rutenio. ^{[ 16 ]} El éxito de estos enfoques mencionados anteriormente sugiere que el crecimiento y la actividad microbiana pueden controlarse y utilizarse para diversas aplicaciones de producción química. ^{[ 13 ]}

Un logro reciente (2019) del laboratorio de Balskus fue dilucidar el mecanismo por el cual la genotoxina colibactina daña el ADN. Descubrieron que una "cabeza de guerra" de ciclopropano rompe las cadenas de ADN mediante una reacción de alquilación. ^{[ 17 ]} Otras áreas de investigación del laboratorio de Balskus son el metabolismo de fármacos por parte de los microbios. En una entrevista con la revista The Scientist , Balskus señaló que muchos fármacos, como la digoxina ^{[ 6 ]} y los subproductos del metabolismo humano, pueden ser degradados por las bacterias intestinales, lo que reduce los efectos de estas moléculas. En general, el trabajo del laboratorio de Balskus presenta las estrategias fundamentales necesarias para investigar el microbioma humano y comprender cómo afecta a nuestra salud. Su objetivo es influir en el desarrollo de estrategias terapéuticas que actúen no sobre el huésped humano, sino sobre su microbioma. ^{[ 18 ]}

Balskus fue coorganizador de los Simposios Keystone de 2019 ^{[ 19 ]} sobre consideraciones químicas y biológicas de la microbiota intestinal. El objetivo principal de esta conferencia era "...adoptar otras disciplinas" como la xenobiología, la ecología y la comunicación interespecífica ^{[ 20 ]} para mejorar el campo de la investigación del microbioma.