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En lugar de amapolas, microbios de ingeniería para hacer morfina

Anonim

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation.

Las últimas décadas han visto un enorme progreso en la biología sintética, la idea de que las partes biológicas simples pueden modificarse para cumplir con nuestras órdenes. Uno de los principales objetivos ha sido hackear la maquinaria biológica que la naturaleza utiliza para producir productos químicos. La esperanza es que, una vez que entendamos lo suficiente, podríamos diseñar procesos que conviertan materias primas baratas, como el azúcar y los aminoácidos, en medicamentos o combustibles. Estas líneas de producción pueden luego ser instaladas en microbios, convirtiendo efectivamente las células vivas en fábricas.

Investigadores de la Universidad de Stanford dieron un salto en esa dirección y crearon una versión de levadura de panadero ( Saccharomyces cerevisiae ) que contiene material genético de la adormidera ( Papaver somniferum ), acercando la fábrica de microbios de morfina a la realidad. Estos resultados publicados en la revista Nature Chemical Biology representan un gran éxito científico, pero eliminar la necesidad de cultivar amapolas puede que aún falten muchos años.

Más que pan

Si el perro ha sido el mejor amigo del hombre durante miles de años o más, la levadura humilde ha sido durante mucho tiempo el segundo mejor amigo del hombre. El organismo unicelular ha sido explotado por las sociedades humanas para producir bebidas alcohólicas o pan durante más de 4.000 años.

Como cualquier animal o planta que la humanidad domesticó, ha habido un interés particular en el estudio y la optimización de la levadura. Cuando la cría se convirtió en una disciplina científica, rápidamente se convirtió en un organismo modelo para experimentos biológicos. Y en 1996, su genoma completo fue la primera secuenciada de un organismo eucariota, el árbol de la vida más avanzado. Este amplio conocimiento de la biología de la levadura lo convierte en una plataforma atractiva para la biología sintética.

En el nuevo estudio, Christina Smolke y su equipo demuestran que la levadura podría ser una buena candidata para la producción de opioides, una clase de medicamentos que incluye la morfina. Para lograr esta transformación, Smolke necesitaría una ruta biológica completa requerida para producir opioides complejos.

En 2008 obtuvo el primer indicio sobre la fermentación exitosa de azúcares simples para hacer salutaridina, un precursor de opioides. Luego, en 2010, un equipo canadiense identificó las dos últimas piezas faltantes del rompecabezas de la morfina en el genoma de la adormidera.

Usando estas partes biológicas de las plantas, junto con algunas de las bacterias, Smolke ahora ha creado levadura que puede producir muchos opioides naturales y no naturales. Todo lo que se necesita es alimentar a los microbios con una molécula intermedia extraída de la planta de amapola llamada tebaína.

Estos resultados acercan la tecnología a las fábricas microbianas que pueden producir moléculas farmacéuticas en un tanque en lugar de en el campo. Lo que queda ahora es que Smolke encuentre la manera de convertir la salutaridina en tebaína de manera eficiente. Llenar este vacío puede permitirle crear una cepa de levadura que produce opioides directamente de los azúcares.

Enseñando nuevos trucos a la levadura

Ha habido otros hitos de la biología sintética en el pasado. En 2006, el ingeniero químico Jay Keasling de la Universidad de California en Berkeley y su equipo introdujeron con éxito material genético de la planta de ajenjo dulce ( Artemisia anual ) en levadura. Su fábrica microbiana pudo producir ácido artemisínico, que está a solo un paso químico de la artemisinina, el medicamento más eficaz contra la malaria por Plasmodium falciparum .

La exitosa historia de la fábrica de microbios de ácido artemisínico de Keasling atrajo mucha atención y, en 2008, el gigante farmacéutico Sanofi otorgó una licencia a la levadura de ingeniería para llevar al microbio del laboratorio a fábricas de la vida real. Ocho años y una gran mejora después, las primeras dosis del medicamento producido con su método están llegando al mercado. Utilizando un proceso que dura menos de tres meses y sin cortar un solo árbol, la compañía francesa ha producido toneladas de ácido artemisínico, o el equivalente a millones de tratamientos.

Lejos del foco de atención, otros han seguido rutas similares y han dedicado tiempo a enseñar a las levaduras a producir diversos productos químicos y productos, en particular moléculas de fragancia o precursores de polímeros. Evolva, una compañía de biología sintética con sede en Suiza, tiene una historia de diez años de desarrollo de biología sintética y ahora está obteniendo ganancias con un microorganismo productor de vainillina.

Una realidad fermentada

La levadura de ingeniería tiene una ventaja significativa sobre los cultivos o sus copias modificadas genéticamente. No solo no requiere tierra, sino que los productos finales, como la vainillina de Evolva, son químicamente idénticos a los aislados de las fuentes naturales y no necesitan ser etiquetados como "GM". Finalmente, las fábricas de microbios son Contenidos en los reactores, eliminando efectivamente el riesgo de contaminación ambiental que representan los cultivos genéticamente modificados de campo abierto.

Pero hay otros riesgos que rara vez se evalúan. A pesar de todas las exageraciones y las promesas de que la biología sintética podría producir una terapia antipalúdica de manera barata y confiable, es necesario tomar algunas precauciones. El mercado altamente subsidiado y volátil de la artemisina, junto con el impacto socioeconómico de eliminar la necesidad del cultivo de plantas de ajenjo, han puesto en riesgo a toda una población de pacientes africanos y agricultores asiáticos. Y hasta ahora, los costos de producción de la versión sintética aún son similares a la extracción del medicamento de fuentes naturales.

Al igual que la artemisinina, los opioides se fabrican a partir de precursores naturales que provienen de los campos de adormidera que se encuentran en algunas áreas reguladas en Turquía y en la isla de Tasmania. Debido a su uso como droga recreativa, su producción está bajo la supervisión de la Junta Internacional de Control de Estupefacientes.

El uso de fábricas de microbios para producir morfina deberá estar estrechamente regulado. Las posibles consecuencias sobre el precio, la cadena de suministro y la supervisión de narcóticos deberán ser consideradas seriamente. Esto puede significar que la tecnología se retrasará aún más. Pero también podría facilitar la vida de los reguladores si no fuera necesario cultivar opio en las granjas.

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