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Podemos programar plantas para que desarrollen biomoléculas. Es la agricultura el futuro de las vacunas?


En las afueras del sur de la ciudad de Owensboro en Kentucky, EE. UU., Hay un edificio cuadrado y anodino. En el interior, hileras e hileras de plantas pequeñas crecen bajo luces artificiales. 


por Caled Davies, Revista Horizon, Horizon: Revista de investigación e innovación de la UE


Esta es una empresa biotecnológica de nueva generación: una granja molecular. Otros están surgiendo en los EE. UU. Y en otros lugares, y cultivan vacunas. Esto significa que si encontramos una vacuna contra el coronavirus que funcione, sus productos podrían ser utilizados por hogares en todo el mundo.

La idea básica del cultivo molecular es modificar genéticamente las plantas para que, junto con todos sus bioquímicos habituales, sus células produzcan biomoléculas que nos sean útiles. No es una idea nueva.

El campo se inició en 1989, cuando los investigadores arreglaron plantas de tabaco para que produjeran una prueba de concepto de proteína de anticuerpo . En la década siguiente se produjo una gran cantidad de publicidad. Una de las primeras ideas fue que esto podría producir medicinas comestibles : bananas, por ejemplo, que expresaban vacunas en sus células. La agricultura molecular parecía una idea que cambiaba el mundo, capaz de proporcionar medicinas de forma fácil y económica a miles de millones de personas.

Una de las razones por las que no despegó, dice el profesor Julian Ma en St George’s, Universidad de Londres, Reino Unido, es que puede ser difícil controlar la dosis con vacunas comestibles: «¿Cómo evitar que alguien coma 20 plátanos porque cree que es bueno? ¿Para ellos? Hubo un momento en el que todos se emocionaron seriamente. Y luego se dieron cuenta de que, oh no, en realidad no va a ser tan sencillo «.

Los seres vivos tienen una biomáquina que usa un código de ácido nucleico como manual de instrucciones para construir proteínas. La agricultura molecular secuestra esta maquinaria y hace que utilice instrucciones sintéticas para producir nuevas proteínas. Pero las bacterias y otras células de mamíferos, como la célula de ovario de hámster chino (CHO), también pueden hacer esto. De hecho, las células CHO son la forma más común de cultivar proteínas. Las proteínas cultivadas se utilizan principalmente como medicamentos para tratar afecciones como la diabetes y problemas de coagulación de la sangre. Los métodos de cultivo son más costosos y requieren más tiempo que el cultivo molecular, pero los procesos involucrados están bien establecidos y validados por su seguridad; el cultivo molecular aún no ha llegado allí. Pero está comenzando a ponerse al día.

Plantas

Hace unos años, el profesor Ma llevó a cabo un estudio de prueba de concepto para demostrar que se podía producir un anticuerpo en plantas y aislarlo de ellas mediante técnicas de separación sencillas y que las proteínas resultantes podían ser igualmente puras y, por tanto, seguras para uso médico .

Otro factor útil es el surgimiento de una tecnología de modificación genética llamada expresión transitoria. Esta es una técnica que implica que las células expresen algo de ADN temporalmente. Fundamentalmente, es fácil en las plantas. Implica sumergirlos en una solución especial y luego dejarlos crecer. Esto significa que, en algunos casos, los científicos de plantas pueden pasar de modificar genéticamente las plantas a hacer que expresen nuevas proteínas en dos semanas o menos.

Las instalaciones de cultivo molecular son cada vez más comunes. Esa granja en Owensboro pertenece a Kentucky BioProcessing, una empresa de larga data que ayudó a producir los anticuerpos ZMapp para ayudar a tratar el ébola durante el brote de 2015. Se está construyendo otra gran instalación en Quebec, Canadá. Y Brasil también ha anunciado que tiene la intención de construir uno, dice el profesor Ma. «Veo eso como un avance. Es el primero en el hemisferio sur «.

En este contexto, el Dr. Diego Orzáez del Instituto de Biología Molecular y Celular Vegetal de Valencia, España, está ejecutando el proyecto Newcotiana . El Dr. Orzáez dice que, aunque existen muchas granjas grandes, nadie se ha esforzado aún mucho en cultivar las plantas que utilizan para mejorar su productividad; él y su equipo ahora están haciendo precisamente eso.

Están trabajando en dos plantas estrechamente relacionadas. La primera es Nicotiana benthamiana, una prima enana frágil de la planta del tabaco, que es la especie que se cultiva en la mayoría de las granjas moleculares comerciales porque es muy fácil de modificar genéticamente. La segunda es Nicotiana tabacum, la planta más grande y resistente que se cultiva comercialmente para el tabaco. El plan es optimizar ambos.

Tabaco

Hay una razón especial por la que el Dr. Orzáez quiere trabajar con Nicotiana tabacum. Dice que hay comunidades en toda Europa que tradicionalmente han cultivado tabaco para su uso en cigarrillos, pero se enfrentan a un cierto estigma por hacerlo. Algunas de estas comunidades se pueden encontrar en la zona relativamente húmeda de La Vera, en la región de Extremadura de España, por ejemplo. Muchas de estas comunidades están deseosas de cambiar al cultivo de tabaco que podría aprovecharse mejor, proporcionando medicamentos en lugar de tabaco, según el Dr. Orzáez.

Es cierto que hay una arruga en el plan porque las plantas que han sido modificadas genéticamente no pueden cultivarse legalmente al aire libre en la UE debido a las normas sobre organismos modificados genéticamente. Sin embargo, el Dr. Orzáez dice que espera convencer a las autoridades de que esto debería cambiar. Esto se debe a que las plantas en su proyecto, aunque oficialmente clasificadas como OGM, han sido producidas por edición de genes y no contienen genes de otros organismos como lo hacen la mayoría de OGM.

Mientras tanto, dice que tiene algunos resultados alentadores de su proyecto. Ha producido una variedad de Nicotiana tabacum que no florece, lo que significa que no puede esparcir semillas ni polen y, por lo tanto, debería ser seguro para crecer en el exterior, y por separado una variedad que produce un compuesto antiinflamatorio. El siguiente paso es combinarlos en una sola línea de plantas. También ha mejorado versiones de Nicotiana benthamiana en pruebas de campo.

En todo el trabajo del Dr. Orzáez las proteínas se expresan en las hojas de las plantas. Pero hay razones por las que expresarlos en otras partes de una planta sería útil.

«Si quisiera almacenar (una vacuna), por ejemplo, las semillas serían geniales», dijo el profesor Ma. «Son órganos de almacenamiento de proteínas naturales y son increíblemente estables. Se puede producir un granero lleno de semillas y conservarlo casi para siempre».

El profesor Ma coordina un proyecto llamado Pharma-Factory , que está desarrollando nuevas plataformas de cultivo, para que las proteínas se puedan expresar no solo en hojas, sino también en semillas, raíces y algas. El proyecto incluye cinco empresas pequeñas y el plan es desarrollar varias terapias proteicas, incluido un anticuerpo neutralizador del VIH, hasta el punto en que puedan comercializarse.

Coronavirus

Entonces, ¿qué pasa con el coronavirus? Varias grandes empresas de cultivo molecular ya están trabajando en vacunas. Por ejemplo, Medicago, con sede en Quebec, ha logrado dirigir las plantas para que produzcan proteínas que pueden ensamblarse en una partícula similar a un virus, que es esencialmente la capa de proteína del virus SARS-CoV-2 sin nada dentro. La compañía dice que los resultados de las pruebas en ratones iniciaron la producción de anticuerpos y espera comenzar los ensayos clínicos de fase I en humanos este verano .

Por su parte, el equipo de Newcotiana dio a conocer la secuencia del genoma de Nicotiana benthamiana antes de estar listo para publicarlo formalmente en una revista académica. «Muchas empresas y académicos se beneficiarán de conocer tanto como sea posible sobre las plantas mismas a través de este genoma», dijo el Dr. Orzáez.

El Dr. Orzáez también dice que su equipo ha girado para trabajar en el coronavirus, modificando algunas de sus plantas para que produzcan la proteína de pico del virus SARS-CoV-2. Esta proteína de pico es un reactivo importante en las pruebas serológicas que determinan si una persona ha desarrollado anticuerpos COVID-19. En las plantas , se puede producir rápida y fácilmente en lugares donde los suministros de proteína son bajos. El equipo todavía necesita trabajar para asegurarse de que las proteínas que producen estén validadas por seguridad, pero si lo están, el cultivo molecular podría ser una forma de ayudar a las pruebas masivas.

Las atracciones fundamentales de la agricultura molecular no han cambiado desde la década de 1980: es barata, segura y se puede ampliar fácil y rápidamente. A medida que continúa la pandemia de coronavirus y se inicia la carrera para desarrollar vacunas que funcionen, ese último hecho puede resultar extremadamente atractivo, especialmente en las partes pobres del mundo.


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