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Actualmente se están cultivando biomoléculas y compuestos especiales para uso médico en plantas como la planta de tabaco comercial.
Se trata de una empresa de biotecnología de nueva generación: una granja molecular. Otras están floreciendo en todo Estados Unidos 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 los hogares de todo el mundo.
La idea básica de la agricultura molecular es modificar genéticamente las plantas para que, junto con todos sus productos bioquímicos habituales, sus células produzcan biomoléculas que nos sean útiles. No es una idea nueva.
Este campo se inició en 1989, cuando investigadores arreglaron plantas de tabaco para producir una prueba de concepto de anticuerpos. Hubo mucho alboroto en la siguiente década. Una de las primeras ideas fue que esto podría producir medicinas comestibles. Los plátanos, por ejemplo, expresan las vacunas en sus células. La agricultura molecular parecía una idea que cambiaría el mundo, capaz de proporcionar medicinas de forma fácil y barata a miles de millones de personas.
Una de las razones por las que no despegó, dice el profesor Julian Ma de la Universidad de Londres, en el Reino Unido, es que puede ser difícil controlar la dosis con vacunas comestibles: "¿Cómo se puede evitar que alguien coma 20 plátanos porque cree que es bueno? Hubo un momento en el que todo el mundo se emocionó mucho. Y luego se dieron cuenta de que, oh no, en realidad no va a ser tan sencillo".
Los seres vivos tienen una biomecánica que utiliza un código de ácido nucleico como manual de instrucciones para construir proteínas. La agricultura molecular se apodera de esta maquinaria y consigue 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 usan principalmente como fármacos, para tratar afecciones como la diabetes y los problemas de coagulación de la sangre. Los métodos de cultivo son más caros y llevan más tiempo que la agricultura molecular, pero los procesos involucrados están bien establecidos y validados por seguridad. La agricultura molecular aún no ha llegado a eso. Pero está empezando a ponerse al día.
Hace unos años, el profesor Ma realizó un estudio de prueba de concepto para demostrar que se podía producir un anticuerpo en las plantas y aislarlo de ellas mediante técnicas sencillas de separación. Las proteínas resultantes podían ser igual de puras y, por lo tanto, seguras para su uso médico.
Otro factor útil es el surgimiento de una tecnología de modificación genética llamada expresión transitoria. Se trata de una técnica que consiste en hacer que las células expresen temporalmente algo de ADN. En las plantas es fácil hacerlo. Implica sumergirlas en una solución especial y luego dejarlas crecer. Esto significa que, en algunos casos, los científicos que estudian las plantas pueden pasar de modificarlas genéticamente a hacer que expresen nuevas proteínas en dos semanas o incluso menos.
Las instalaciones de cultivo molecular son cada vez más comunes. La granja de Owensboro pertenece a Kentucky BioProcessing, una empresa de larga trayectoria 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 su intención de construir una, dice el profesor Ma. “Veo esto como un pequeño avance. Es la primera en el hemisferio sur".
Es en este contexto en el que el Dr. Diego Orzáez, del Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas en Valencia, está dirigiendo el proyecto Newcotiana. El Dr. Orzáez dice que, aunque existen muchas granjas grandes, nadie se ha esforzado en la cría de las plantas que utilizan para mejorar su productividad. Su equipo y él están trabajando precisamente en eso.
Están trabajando con dos plantas que están estrechamente relacionadas. La primera es la Nicotiana bentamiana, una frágil prima enana de la planta de 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 ambas.
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 que se enfrentan a un cierto estigma por hacerlo. Algunas de estas comunidades se encuentran en la zona relativamente húmeda de La Vera, en la región de Extremadura. Según el Dr. Orzáez, muchas de estas comunidades están deseosas de cambiar al cultivo de tabaco, que podría tener un mejor uso, proporcionando medicamentos en lugar de tabaco.
Hay que reconocer que hay un obstáculo 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 debe cambiar. Esto se debe a que las plantas de su proyecto, aunque oficialmente clasificadas como OGM, han sido producidas por edición genética y no contienen genes de otros organismos como la mayoría de los OGM.
Mientras tanto, dice que tiene algunos resultados alentadores. Ha producido un cultivar de Nicotiana tabacum que no florece, lo que significa que no puede propagar semillas o polen y por lo tanto debería ser seguro para crecer en el exterior. Orzáez ha generado otro cultivar aparte que produce un compuesto antiinflamatorio. El siguiente paso es combinarlos en una sola línea de plantas. También tiene versiones mejoradas de Nicotiana bentamiana en pruebas de campo.
En todo el trabajo del Dr. Orzáez las proteínas se expresan en las hojas de la planta. Pero hay razones por las que sería útil expresarlas en otras partes de esta.
“Si se quisiera almacenar una vacuna, por ejemplo, las semillas serían perfectas", dijo el profesor Ma. "Son órganos naturales de almacenamiento de proteínas y son increíblemente estables. Podrías producir un granero de semillas y mantenerlo casi para siempre”.
El profesor Ma coordina un proyecto llamado Pharma-Factory, que está desarrollando nuevas plataformas de cultivo, de modo que las proteínas puedan expresarse no solo en las hojas sino también en las semillas, las raíces y las algas. El proyecto incluye cinco pequeñas empresas y el plan es tener varias proteínas terapéuticas, incluyendo un anticuerpo neutralizante del VIH, desarrollado hasta el punto de poder ser comercializado.
¿Y qué hay del coronavirus? Varias empresas grandes de cultivo molecular ya están trabajando en vacunas. Por ejemplo, Medicago, con sede en Quebec, ha logrado que las plantas produzcan proteínas que pueden ser ensambladas en una partícula similar a un virus, que es esencialmente la cáscara de la proteína del virus del SARS-CoV-2 sin nada en su interior. La compañía dice que los resultados de las pruebas en ratones iniciaron la producción de anticuerpos y espera comenzar la fase 1 de pruebas clínicas en humanos este verano.
Por su parte, el equipo de Newcotiana publicó la secuencia del genoma de Nicotiana benthamiana antes de estar listo para publicarla formalmente en una revista académica. “Muchas empresas y académicos se beneficiarán de conocer lo más posible acerca de las propias plantas a través de este genoma", dijo el Dr. Orzáez.
El Dr. Orzáez también dice que su equipo se ha dedicado a trabajar en el coronavirus, modificando algunas de sus plantas para que produzcan la proteína de punta del virus SARS-CoV-2. Esta proteína de punta es un reactivo importante en las pruebas serológicas que determinan si una persona ha desarrollado anticuerpos contra la COVID-19. En las plantas se puede producir rápida y fácilmente en lugares donde el suministro de la proteína es bajo. El equipo todavía tiene que trabajar para asegurarse de que las proteínas que producen están validadas por seguridad, pero si lo están, la agricultura molecular podría ser una forma de ayudar a las pruebas masivas.
Los atractivos fundamentales de la agricultura molecular no han cambiado desde la década de 1980. Es barata, es segura y se puede ampliar fácil y rápidamente. A medida que la pandemia de coronavirus continúa y se disputa una carrera por desarrollar vacunas que funcionen, este último hecho puede resultar extremadamente atractivo, especialmente en las partes pobres del mundo.
