Las plantas son químicas sin igual: utilizando la energía solar y el dióxido de carbono del aire, crean una asombrosa variedad de productos naturales complejos de maneras imposibles de reproducir sintéticamente en el laboratorio. El verdadero potencial de esta superpotencia apenas comienza a materializarse, gracias a los avances en la recopilación de datos genómicos, la inteligencia artificial y la biotecnología.
Científicos del grupo de la profesora Anne Osborne, miembro de la Royal Society en el Centro John Innes, han utilizado enfoques innovadores en un nuevo estudio que analiza el futuro del descubrimiento rápido de fármacos y productos naturales.
En un estudio publicado en la revista Nature Chemical Biology, examinaron los triterpenos, que desempeñan funciones importantes en las plantas, protegiéndolas de plagas y patógenos, dando forma al microbioma de las raíces e influyendo en la calidad de los cultivos.
Los triterpenos constituyen el grupo más grande y estructuralmente complejo de productos naturales vegetales y son una rica fuente de moléculas bioactivas de significativo interés medicinal y comercial.
Los ejemplos incluyen el adyuvante de vacuna QS-21 producido por el árbol de jabón chileno ( Quillaja saponaria ), el compuesto antiinflamatorio escina del castaño de Indias e insecticidas amigables para las abejas producidos por el árbol de neem.
Todos los triterpenos provienen de la misma molécula química madre y se diferencian debido a la acción de enzimas llamadas oxidoescualeno ciclasas (OSC), que forman y pliegan la molécula madre en un proceso que recuerda al origami químico.
En este estudio, el equipo de Osborne se propuso rastrear la acción de estas enzimas, de las cuales solo se había estudiado un pequeño subconjunto. Los investigadores analizaron sistemáticamente las secuencias genómicas de 599 plantas, que representan casi 400 especies (disponibles como registros electrónicos), en busca de genes que codifican OSC.
De las 1400 secuencias iniciales de genes OSC rastreadas e identificadas, se seleccionaron 20 para su validación funcional. Estos 20 genes se sintetizaron mediante técnicas de biología molecular y luego se transfirieron a un pariente silvestre del tabaco cultivado, creando un sistema de expresión vegetal transitorio de alto rendimiento, desarrollado por el Centro John Innes y comercializado actualmente por socios.
Al probar los productos de estos genes y enzimas, el equipo:
- Descubrieron compuestos químicos completamente nuevos que pueden usarse como medicamentos.
- Estructuras triterpénicas «huérfanas» reunidas (aquellas que se sabe que existen pero para las cuales no se conocen ejemplos de OSC que las produzcan) con sus OSC originales.
- Se descubrieron compuestos químicos que proporcionan pistas interesantes sobre la trayectoria evolutiva de las OSC.
Uno de los autores principales del estudio, el Dr. Michael Stevenson, nuevo líder del equipo en la Universidad de East Anglia e investigador visitante del Centro John Innes, afirmó: «Nos sorprendió la cantidad de resultados diferentes que surgieron de la pequeña muestra de genes que estudiamos. Casi todos los genes analizados arrojaron resultados interesantes, muchos de los cuales abrieron posibles vías para futuras investigaciones. Lo más emocionante es que este proyecto descubrió nuevas sustancias químicas sin necesidad de obtener ni procesar material vegetal de las especies que las producen en la naturaleza».
El estudio proporciona un claro ejemplo del uso de enfoques computacionales para estudiar la «materia oscura» de los genomas de las plantas, acelerando el proceso de descubrimiento de genes antes de utilizar la biología molecular y los sistemas de expresión transitoria para crear productos químicos útiles para aplicaciones médicas y una variedad de aplicaciones comerciales.
La profesora Anne Osborne, miembro de la Royal Society y autora correspondiente, señaló: «Actualmente disponemos de secuencias genómicas de unas 1.800 especies de plantas, y el número crece exponencialmente. Se conocen unas 450.000 especies de plantas, y es probable que todas ellas posean propiedades químicas útiles e interesantes; esto es solo la punta del iceberg de lo que es posible».
Uno de los próximos pasos de esta investigación es la colaboración con socios industriales para estudiar las sustancias químicas descubiertas y su potencial como compuestos base o componentes básicos para el desarrollo de nuevos fármacos. El equipo de Osborne también utilizará esta cartera de investigación para buscar nuevas OSC y ampliar la gama de enzimas estudiadas.
El trabajo también proporciona acceso práctico a estructuras altamente complejas que no son prácticas de producir mediante química sintética.
«Estamos aprovechando el poder de las plantas para producir medicamentos a partir de la luz solar y del aire», concluye el Dr. Stevenson.
Fuente: Centro John Innes.
En la imagen se muestra la agroinfiltración de Nicotiana benthamiana (un pariente silvestre del tabaco cultivado), que forma un sistema de expresión transitoria vegetal altamente productivo, desarrollado por primera vez por el Centro John Innes. Fuente: Centro John Innes.
Nota editorial:
Este artículo ha sido elaborado con fines divulgativos a partir de información pública y fuentes especializadas, adaptado al enfoque editorial del medio para facilitar su comprensión y contextualización.
