Por Karin Hagelin
Una nueva perspectiva biotecnológica se conoce hoy como
“Molecular Farming” (cultivo de moléculas, en inglés). Consiste en la obtención de proteínas heterólogas -generadas por ingeniería genética- a gran escala mediante su producción en células vegetales, para su posterior utilización en farmacología.
“Esta estrategia de producción de agentes terapéuticos recombinantes se basa en la capacidad de las plantas de integrar y expresar genes foráneos y de producir proteínas recombinantes en cantidades masivas y a un costo relativamente bajo respecto de los cultivos tradicionales de células animales” dice la doctora Patricia Marconi, miembro del grupo de Biotecnología Vegetal de la Fundación Pablo Cassará e investigadora del CONICET. El grupo, liderado por la doctora María Alejandra Álvarez, lleva adelante el proyecto de producción de proteínas terapéuticas novedosas a partir de cultivos de células vegetales transgénicas en biorreactores, con el objetivo de sustituir importaciones y disminuir los costos de producción de este tipo de proteínas recombinantes.
Genomas al descubiertoA medida que los misterios de la genética se van develando gracias a los esfuerzos científicos para secuenciar los genomas completos de las distintas especies de animales, vegetales y microorganismos, la verdadera naturaleza de la vida queda expuesta; al menos, en alguna de sus dimensiones.
Todo está escrito allí, en los genes: el modo en que se imprime en el interior de cada célula, el modo en que éstas interactúan y generan cada individuo. Cada característica, cada función, cada sistema, está impreso allí, en un código ya descifrado de cuatro letras. Ni una más, ni una menos. La secuencia de los genes está al descubierto. El misterio es cada vez más claro, cada vez menos misterioso. El rompecabezas es cada vez más estrecho; los huecos, cada vez más resueltos.
El poder que deriva de ese conocimiento es indiscutible. Saber es poder hacer. La comprensión de cómo es un gen, de cómo funciona, de cómo actúa, es la llave para poder cambiarlo, alterarlo, sacarlo de su lugar y ponerlo en otro. Saber cuál es el código que cifra una función es la base para alterar esa función, suprimiéndola o agregándola en otro entorno. Y esa es la base de la nueva revolución biotecnológica.
Con los genomas al descubierto y con las herramientas de la biotecnología actual es posible modificar genéticamente a los seres vivos. Así, un gen de una especie puede ser trasladado al contexto de otra especie y funcionar muy bien. O sea, la ingeniería genética permite producir en cantidad, proteínas heterólogas o recombinantes en sistemas de células o tejidos de otra especie
Aislamiento y fermentaciónCada organismo está provisto de la maquinaria necesaria para decodificar sus genes y permitir así, la producción de sus respectivos productos proteicos o funcionales. Cada célula es capaz de comprender el mensaje inscripto en los genes y traducirlo sin dificultades. Esa maquinaria conserva su similitud entre organismos de distintas especies, por lo que puede usarse la maquinaria de la célula de una especie para leer la información genética de otra especie.
Con algo de ayuda para salvar las diferencias inherentes de una especie respecto de otra, puede pedírsele a una célula bacteriana que fabrique proteínas de una célula de mamífero, bajo ciertas condiciones. O a una célula vegetal, que produzca proteínas de origen animal.
La introducción de genes heterólogos en el genoma de otra especie es la base de la biotecnología actual. Es una forma de modificar características de una especie dada para la obtención de organismos transgénicos de manera de obtener una mejora, o una manera de fabricar grandes cantidades de un gen de interés en el seno de un organismo diferente al originario, que permita producirlo a grandes escalas. Así, hoy, fermentadores llenos de bacterias que permiten conseguir concentraciones muy altas, pueden permitir la fabricación de varios miligramos y hasta gramos de proteínas que de extraerse de sus fuentes naturales, rendirían apenas unos nanogramos, imposibles de purificar y de utilizar.
En ese sentido, la producción de proteínas terapéuticas en células vegetales reporta dos ventajas de consideración: primero, el menor costo de producción respecto del sistema de expresión en células animales, que requiere medios de cultivo mucho más complejos y más caros y genera menores volúmenes de producción; y, segundo, la seguridad que implica producir proteínas recombinantes con fines farmacéuticos para humanos en sistemas vegetales, dado que no existe interacción entre patógenos virales y bacterianos de los vegetales con los animales.
Según la investigadora, la doctora María Alejandra Álvarez, directora del proyecto de Biotecnología Vegetal, de la Fundación Pablo Cassará, los sistemas de expresión vegetales pueden producir potencialmente, cientos de kilogramos de proteínas purificadas por año. Una producción similar mediante células animales sería en exceso costosa.
Células en suspensión versus cultivos de raícesEl grupo de Biotecnología Vegetal ha abordado de esta forma la difícil tarea de producir proteínas de interés farmacéutico en biorreactores vegetales. El sistema que han elegido es el cultivo de células de Nicotiana tabacum o tabaco en suspensión, o bien el sistema de hairy roots, tanto de tabaco como de Brugmansia candida, que consiste en el cultivo de raíces genéticamente transformadas, muy ramificadas, que presentan rápido crecimiento y tienen buenos rendimientos de proteínas y metabolitos secundarios por su alto grado de organización y estabilidad genética.
Sobre esos reactores biológicos, el grupo ha encarado la producción de varias proteínas y compuestos de interés farmacéutico. Entre ellos, una vacuna contra la Diarrea Viral Bovina –una afección endémica en nuestro país, generadora de importantes pérdidas económicas- gracias a la producción de la glicoproteína E2, la más grande de las proteínas de la envoltura viral; un anticuerpo monoclonal catalítico de ratón, el 14D9, interesante desde el punto de vista de la síntesis orgánica, pues cataliza la transformación esteroselectiva de esteres de enol; y finalmente, un metabolito secundario, la escopolamina –que se usa en anestesiología y como antiespasmódico. En este último caso, la producción se optimiza mediante la transformación genética de los tejidos vegetales con enzimas específicas relacionadas con su camino de biosíntesis. En particular, la escopolamina se obtiene mediante la expresión de la hiosciamina-6-β-hidroxilasa, enzima que cataliza la conversión de hiosciamina en escopolamina en el último paso de la vía metabólica, y que fuera clonada a partir de Brugmansia por el grupo de investigadores en trabajos previos.
Producción limpiaLa producción de proteínas recombinantes de interés industrial, farmacéutico, alimenticio y veterinario, entre otros, a gran escala y en forma segura es un objetivo claro y concreto de la biotecnología actual. En esa tendencia, se inserta el proyecto de Biotecnología Vegetal de la Fundación Pablo Cassará.
El uso de sistemas de producción alternativos como el cultivo de células y tejidos vegetales abre posibilidades inmensas gracias a la factibilidad del “scaling-up” -el cambio de escala del laboratorio a la planta piloto-, la mayor seguridad del producto obtenido y las posibilidades concretas de facilitar los esquemas de purificación y mejora de los rendimientos a menores costos.
Asimismo, el desarrollo de plantas, órganos, tejidos o células vegetales genéticamente modificados en sistemas confinados, como los bio-reactores o invernáculos, tiene una ventaja más: es una tecnología limpia y amigable con el medio ambiente.
