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Las plantas como fábricas de moléculas
El término “fábrica de moléculas” o “molecular pharming” se refiere al empleo de plantas para producir moléculas que puedan aplicarse a las diferentes industrias, como la farmacéutica, alimenticia, química, etc. En esta tercera ola de cultivos transgénicos, se trata de modificar genéticamente a las plantas con el fin de alterar sus rutas metabólicas y así producir el compuesto de interés (por ej, aceite con una determinada proporción de ácidos grasos) o bien introducir genes cuyos productos nada tienen que ver con el metabolismo vegetal (por ej., anticuerpos humanos).
Aceites
Los cultivos que se emplean para producir aceites son principalmente soja, canola, palma, girasol y maíz. La mayor parte del aceite se emplea en la industria alimenticia como aceites para freír, para ensaladas y margarinas. El resto, se emplea en la industria química para obtener detergentes, pinturas, lubricantes y polímeros. Según la aplicación, se prefiere un aceite con una determinada composición de ácidos grasos y es posible modificar las rutas de síntesis de estos compuestos por ingeniería genética. El primer producto comercial obtenido a través de esta estrategia fue el aceite de canola rico en ácido láurico, que se usa sobre todo en la fabricación de detergentes.
Biopolímeros
La ingeniería del metabolismo en plantas también brinda la posibilidad de usar cultivos para sintetizar nuevos polímeros con determinadas propiedades. Se han sintetizado en plantas transgénicas polímeros proteicos fuertes y flexibles basados en la estructura de la seda y la elastina. También se produjeron polihidroxialcanoatos con propiedades que van desde plásticos rígidos a elastómeros flexibles y gomas. Estos biopolímeros podrían reemplazar, en parte, a los plásticos, fibras y elastómeros obtenidos del petróleo, con la ventaja de ser renovables y biodegrables.
¿Qué son los plásticos biodegradables?
Fármacos
Las plantas pueden ser usadas como fábricas de fármacos, ya que es posible expresar en estos organismos genes de cualquier origen, inclusive humanos. Los sistemas de producción de fármacos como proteínas recombinantes actualmente emplean bacterias, levaduras y células de mamífero en cultivo, pero cada uno de estos sistemas presenta sus limitaciones. Las ventajas de las plantas superan a las de los sistemas mencionados, ya que incluyen los bajos costos, la producción a gran escala, la falta de contaminación con patógenos y la posibilidad de obtener una molécula igual, en la mayoría de los casos, a la deseada.
Sistemas de producción de fármacos como proteínas recombinantes1
| Sistema |
Costo de produc-ción |
Costo de almace-namiento |
Tiempo de produc-ción |
Capaci-dad de produc-ción a gran escala |
Calidad del producto2 |
Riesgos
de contami-nación |
| Bacterias |
Bajo |
Medio |
Corto |
Alta |
Intermedia |
Endotoxinas |
| Levaduras |
Medio |
Medio |
Medio |
Alta |
Intermedia |
Muy bajo |
| Células de mamífero |
Alto |
Alto |
Largo |
Muy baja |
Muy buena |
Virus y priones |
| Animales transgénicos |
Alto |
Alto |
Muy largo |
Baja |
Muy buena |
Virus y priones |
| Plantas transgénicas |
Muy bajo |
Muy bajo |
Largo |
Muy alta |
Buena |
Muy bajo |
1Los fármacos que actualmente se sintetizan como proteínas recombinantes y se encuentran disponibles en el mercado, se producen en bacterias, levaduras o células de mamífero. Los productos recombinantes obtenidos de animales o plantas transgénicas están siendo evaluados para su uso en humanos.
2Se refiere a cuánto se asemeja a la proteína original en su estructura y función, y en general, ya que la expresión de ciertas proteínas simples y no glicosiladas puede realizarse con éxito en bacterias y levaduras.
Además de hormonas y enzimas de interés farmacéutico, resulta particularmente interesante la producción de anticuerpos y vacunas en plantas. Con respecto a los anticuerpos, se emplean en el desarrollo de métodos de diagnóstico y tratamiento del cáncer. Las plantas permiten la producción de inmunoglobulinas completas y funcionales, capacidad hasta ahora limitada al cultivo de células de mamífero.
En cuanto a las vacunas, además de las ventajas ya mencionadas, la producción en plantas ofrece la posibilidad de generar vacunas comestibles, que resultan más baratas, estables y fáciles de administrar. Hay muchas vacunas comestibles que se están desarrollando en el laboratorio, aunque ya algunas se están ensayando en humanos, con resultados satisfactorios.
La síntesis de fármacos puede producirse en hojas, semillas, frutos o tubérculos, y en cereales, oleaginosas, frutas, hortalizas y forrajeras:
| Órgano de la planta |
Cultivos empleados |
Ventajas y desventajas |
| Hoja |
Tabaco,
alfalfa,
lechuga,
soja. |
Conocimiento del sistema (tabaco).
Alto rendimiento.
Producto inestable.
Necesidad de secar o congelar las hojas para el almacenamiento. |
| Semilla |
Arroz,
trigo,
maíz,
soja,
arveja. |
Almacenamiento por mucho tiempo y a temperatura ambiente.
Producto estable.
Menor rendimiento en la obtención de la proteína recombinante comparado con tabaco. |
| Fruto o tubérculo |
Papa,
tomate,
banana. |
Pueden ser consumidos crudos o parcialmente cocinados (para vacunas y fármacos de aplicación tópica) |
Producción de proteínas de interés farmacéutico en plantas1
| Planta |
Proteína |
Aplicación |
| Tabaco |
Proteína C |
Anticoagulante |
| Canola |
Hirudina |
Inhibidor de trombina (anticoagulante) |
| Tabaco |
Citoquina G-MCSF |
Neutropenia |
| Tabaco, girasol |
Hormona de crecimiento |
Déficit en hormona de crecimiento |
| Tabaco |
Eritropoyetina |
Anemia |
| Tabaco |
Factor de crecimiento epidérmico |
Cicatrización y control de la proliferación celular |
| Arroz, nabo |
Interferón alfa |
Tratamiento de la hepatitis B y C |
| Tabaco |
Interferón beta |
Tratamiento de la hepatitis B y C |
| Tabaco, papa |
Sero-albúmina |
Cirrosis, cirugía, quemaduras |
| Tabaco |
Hemoglobina |
Sustituto sanguíneo |
| Tabaco |
Colágeno |
Cirugía plástica, tratamiento de heridas |
| Arroz |
Alfa1-antitripsina |
Fibrosis quística, deficiencia hepática y hemorragia |
| Maíz |
Aprotinina |
Transplantes |
| Papa |
Lactoferrina |
Antimicrobiano |
| Tabaco, soja |
Anticuerpos |
Diagnóstico, cáncer |
| Espinaca |
Proteína del virus de la rabia |
Vacuna contra la rabia2 |
| Lechuga |
Proteína del virus de la hepatitis B |
Vacuna contra la hepatitis B2 |
| Papa |
Toxina B |
Vacuna contra el cólera2 |
| Papa |
Proteína del virus Norwalk |
Vacuna contra gastroenteritis causada por el virus Norwalk2 |
| Papa |
Toxina LTB |
Vacuna contra Escherichia coli enterotóxica2 |
1 Ninguno de estos productos se encuentra disponible en el mercado.
La mayoría de ellos están siendo evaluados para su uso en humanos.
2 Se incluyen sólo aquellas vacunas que se están ensayando en humanos.
Algunas empresas que desarrollan productos
a partir de cultivos transgénicos:
Fuente:
- Daniell H , Streatfield SJ, Wycoff K. 2001. Medical molecular farming: production of antibodies, biopharmaceuticals and edible vaccines in plants. Trends Plant Sci., 6: 219-226.
- Ma J, Drake P, Christou P. 2003. The production of recombinant pharmaceutical proteins in plants. Nature Rev. Genetics, 4: 794-805.
- Twyman RM, Stoger E, Schillberg S, Christou P, Fischer R. 2003. Molecular farming in plants: host systems and expression technology. Trends Biotechnol. 21:570-578.
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América Latina
