La agricultura vertical para los productos biofarmacéuticos del futuro parece prometedora.
Una nueva investigación sobre el uso de la agricultura en ambiente controlado (ACE) para cultivar plantas con propiedades medicinales puede conducir a métodos de producción que podrían aumentar la cantidad de un compuesto que combate el cáncer producido naturalmente por ciertas especies de plantas.
La investigación, dirigida por la estudiante de doctorado Rebecca Maynard en la Universidad de Georgia, tuvo como objetivo identificar cultivos que podrían utilizarse con fines medicinales, así como desarrollar estrategias para aumentar la concentración de un compuesto anticancerígeno producido por las plantas.
En colaboración con Ruanito Ferraresi, profesor asociado del Departamento de Fisiología de Cultivos del CEA, Maynard cultivó cultivos compactos de ciclo de vida corto (manzanilla ( Matricaria chamomilla ) y perejil ( Petroselinum crispum )) en un entorno de cultivo vertical. Los investigadores midieron la producción de apigenina en las plantas, un compuesto antiinflamatorio natural con prometedores efectos anticancerígenos.
“Aparte de los cítricos, que son una fuente natural de apigenina con altos rendimientos pero no son adecuados para la agricultura vertical, el perejil fue mencionado como un importante productor de apigenina”, explicó Maynard. “Aunque se ha informado que la manzanilla produce menos apigenina que el perejil, queríamos experimentar con ella porque es una planta compacta que se puede cultivar en una granja vertical”.
En un estudio publicado en la revista HortScience, se cultivaron dos variedades de manzanilla – ‘Bodegold’ y ‘Zloty Lan’ – y tres variedades de perejil – ‘Darki’, ‘Giant of Italy’ y ‘Wega’ – en una granja vertical interior para estudiar cómo el ambiente interior afectaba la producción de apigenina y el tamaño de la planta.
La estudiante de doctorado Rebecca Maynard observa la etapa de desarrollo de las flores de manzanilla en una cámara de crecimiento vertical. Fotografía de Katie Walker.
Después de 15 semanas, se recogieron hojas maduras de perejil y flores de manzanilla sin abrir para su análisis. Si bien la variedad de perejil ‘Gigante de Italia’ produjo las plantas más grandes de todas las variedades, la acumulación total de apigenina fue mayor en la manzanilla ‘Bodegold’ que en cualquier otra variedad de perejil, que también produjo más biomasa utilizable.
«La apigenina también se puede sintetizar químicamente, pero el enfoque actual es un proceso de cuatro pasos que lleva varios días y no produce grandes rendimientos», dijo Maynard. «Descubrimos que podíamos cultivar estos cultivos durante todo el año en una granja vertical, por lo que es una alternativa viable en términos de entorno de cultivo».
A medida que crece la inversión en agricultura vertical en EE. UU., la identificación de cultivos, tanto para consumo como para otros fines, se está convirtiendo en un área de investigación importante para la industria.
“Todo el mundo está buscando un cultivo alternativo para garantizar que toda esta costosa infraestructura sea rentable. No sólo estudiamos las culturas en sí, sino que también buscamos conexiones interesantes en estas culturas. Éstas son las especies que fueron elegidas para este propósito, añade Ferraresi. «Si pudiéramos demostrar que podemos cultivarlas y luego extraer el compuesto que nos interesa, eso podría hacer que las granjas verticales fueran más rentables y económicamente viables».
Las investigaciones iniciales centradas específicamente en los productos biofarmacéuticos ayudaron a identificar cultivos eficientes y de rápido crecimiento que podrían cultivarse a gran escala, un factor importante para la rentabilidad de la agricultura en ambiente controlado.
Aunque la mayoría de las plantas crecieron con éxito, Maynard se sorprendió al descubrir que producían menos apigenina de lo esperado. «Dado que los metabolitos secundarios a menudo se producen en respuesta al estrés, pensamos que los niveles más bajos podrían deberse a la falta de luz ultravioleta en la granja vertical», dijo. Los metabolitos secundarios son compuestos orgánicos producidos por organismos que no son esenciales para su crecimiento, desarrollo o reproducción.
En un estudio posterior, Maynard añadió iluminación ultravioleta a las cámaras de crecimiento al repetir el experimento. Aunque estos resultados aún no se han publicado, Maynard señala que la producción de apigenina aumentó significativamente en las variedades de perejil.
“Es un resultado emocionante, pero todavía queda mucho trabajo por hacer para optimizar el proceso hasta el punto en que podamos desarrollar pautas para los fabricantes sobre procedimientos optimizados”, dice Ferraresi, cuyo laboratorio también está realizando una investigación similar para extraer compuestos alcaloides anticancerígenos de la vincapervinca de Madagascar (Catharanthus roseus). – Identificamos factores estresantes que pueden aumentar la concentración de estos alcaloides. Dado que la radiación UV es un fuerte factor estresante para las plantas, la idea es utilizarla para proteger otros cultivos y moléculas”.
Maynard, licenciada en química, centró su doctorado en la acumulación de metabolitos secundarios, especialmente apigenina, en ciertas plantas cultivadas en condiciones controladas.
Esta es la primera publicación sobre biofármacos publicada por el laboratorio Ferraresi. Maynard está trabajando en la publicación de un segundo artículo sobre la investigación antes de defender su tesis en marzo.
“Hemos aprendido mucho sobre estos compuestos y cómo se activan mediante diversos procesos fisiológicos. No hacemos bioquímica per se, pero el núcleo de la investigación es encontrar métodos de producción de plantas que puedan utilizarse para aumentar la producción de estos compuestos. “Nos centramos en el aspecto científico de las plantas”, concluye Ferraresi.
Fuente: Universidad de Georgia.
En la imagen se muestran dos variedades de manzanilla y tres variedades de perejil cultivadas en contenedores hidropónicos con iluminación LED complementaria. Fotografía de Rebecca Maynard.
