Imagina un mundo donde los medicamentos y vacunas se produzcan en cultivos de plantas en lugar de laboratorios sofisticados. Parece ciencia ficción, ¿verdad? Pues no lo es. Actualmente, la demanda de proteínas y péptidos terapéuticos para humanos y animales, ha crecido de forma acelerada, tanto así, que los científicos están buscando formas más eficientes, económicas y seguras de producirlos. Y aquí es donde las plantas entran en juego.
- ¿Por qué las plantas?
Las proteínas son fundamentales para muchas aplicaciones médicas, desde anticuerpos, kits de diagnóstico de enfermedades y hasta vacunas. Sin embargo, extraerlas de sus fuentes naturales puede ser complejo y costoso. Además, algunas fuentes animales o microbianas pueden presentar riesgos para su uso en humanos. Entonces, ¿Por qué no usar plantas para producir estas proteínas? Este proceso se conoce como Molecular Farming o agricultura molecular.
- ¿Cómo funciona el Molecular Farming?
El proceso es bastante simple en teoría. Los científicos insertan un gen de interés en una planta, por ejemplo, el gen que produce una proteína terapéutica, como envolturas de virus, proteínas de reconocimiento de patógenos, secuencias de anticuerpos neutralizantes, proteínas que estimulan el sistema humano, entre otras. La planta comienza a producir esta proteína junto con sus propios compuestos y así, al cultivar plantas, se cultivan también proteínas con propiedades de interés para la industria farmacéutica.
Uno de los grandes avances en este campo es que las plantas pueden producir proteínas a un costo mucho menor que otros sistemas. En general, se estima que los costos de las moléculas producidas en plantas es solamente el 0,1% de los sistemas basados en cultivos de células de mamíferos y entre el 2% y el 10% de los sistemas basados en cultivos bacterianos o de levaduras ¡Es una diferencia enorme!
- ¿Plantas en lugar de fábricas?
Tradicionalmente, las proteínas terapéuticas se han producido en sistemas basados en células animales, levaduras o bacterias. Sin embargo, estos sistemas tienen sus limitaciones: altos costos, dificultades para realizar ciertos tipos de modificaciones en las proteínas, tiempos de producción demasiados largos y problemas de seguridad.
En este contexto las plantas se presentan como una gran alternativa de producción de estas biomoléculas. Además de ser baratas, las plantas son mucho más seguras. No pueden ser infectadas por patógenos humanos, lo que reduce el riesgo de contaminación. Además, las plantas al ser células eucariotas son capaces de hacer modificaciones complejas en las proteínas que son esenciales para su funcionamiento a nivel inmunológico. Lo mejor de todo, no necesitamos grandes fábricas para producirlas, las plantas crecen usando luz solar, agua y nutrientes.
- Ejemplos reales de éxito
Ya hay ejemplos asombrosos de cómo el Molecular Farming está revolucionando la medicina. En Estados Unidos, se produjo una vacuna experimental contra el virus del ébola utilizando plantas de tabaco. Los resultados fueron prometedores, y dos pacientes tratados con esta vacuna experimental lograron recuperarse. Adicionalmente, se diseñó y construyó una de las instalaciones más grandes del mundo llamada Caliber Biotherapeutics, las cuales están destinadas a la fabricación de productos biofarmacéuticos como la vacuna contra la gripe H1N1 y anticuerpos antivirales contra la influenza y el dengue en sistemas vegetales. También se ha desarrollado un medicamento para tratar la enfermedad de Gaucher, producido a partir de zanahorias modificadas genéticamente.
Otro avance fascinante es el desarrollo de vacunas comestibles. Imagina una fruta o una verdura que, al comerla, te proteja contra enfermedades como la gripe o el sarampión. Esto es algo que ya se ha probado en ratones y seres humanos, con papas transgénicas que contienen una vacuna contra la hepatitis B. Los resultados fueron alentadores, y esto abre la puerta a un futuro donde las vacunas podrían ser tan simples como comer una ensalada, siendo una estrategia que podría usarse en proyectos de inmunización global a bajo costo.
- Ventajas de las plantas como biofábricas
Costo reducido y uso eficiente de los recursos naturales: Como mencionamos antes, producir proteínas en plantas es mucho más barato que en sistemas convencionales. Las plantas son increíbles fábricas naturales. Utilizan luz solar, agua, CO2 y minerales del suelo para sintetizar proteínas y otros compuestos útiles. A diferencia de los cultivos celulares de mamíferos o bacterias, que requieren medios de cultivo artificiales (a veces con suero fetal bovino), las plantas simplemente necesitan tierra, agua y sol para crecer y producir. Este aprovechamiento directo de recursos naturales hace que el proceso sea mucho más eficiente energéticamente y reduce la huella de carbono.
Fácil escalado: Imagina poder cultivar un campo de plantas que producen proteínas terapéuticas, como vacunas o anticuerpos. La escalabilidad es increíble. Solo necesitas plantar más hectáreas para aumentar la producción, una ventaja en situaciones de pandemia donde aumentar la escalabilidad, sin afectar la calidad del producto, es necesaria para la atención de la demanda del mercado. Además, las plantas pueden cultivarse en terrenos no aptos para la agricultura tradicional, utilizando terrenos marginales, lo que reduce la competencia con la producción de alimentos, no requiere instalaciones sofisticadas y la tecnología desarrollada para la agricultura puede ser aplicada en este contexto.
Seguridad: En los sistemas tradicionales, se necesitan muchos químicos y antibióticos para controlar contaminaciones y garantizar la pureza de las proteínas producidas. Con las plantas, estos riesgos son significativamente menores, ya que no son propensas a las mismas infecciones que afectan a bacterias o células animales. Esto reduce la necesidad de utilizar productos químicos contaminantes, lo cual disminuye el impacto ambiental del proceso.
Disminución de residuos y emisiones: La producción en plantas genera menos residuos en comparación con los métodos tradicionales. Se estima que para un lote de 1000 litros de cultivo celular se producen cerca de 61 kg de plástico de un solo uso (polipropileno). Además, al no depender de grandes infraestructuras industriales ni sistemas complejos de filtración, la generación de gases de efecto invernadero se reduce considerablemente. Las plantas también pueden almacenarse en condiciones sencillas, lo que evita los altos costos energéticos y el uso de refrigeración para el transporte, algo que es necesario para los sistemas de cultivo celular.
Biodegradabilidad y seguridad: Las plantas son organismos biodegradables, lo que significa que, una vez terminada la producción, los residuos vegetales pueden descomponerse naturalmente, volviendo al suelo y nutriéndolo. Inclusive la mayor cantidad de residuos generados son metabolitos secundarios de las plantas, proteínas vegetales y biomasa residual que puede ser aprovechada en líneas secundarias de producción. Además, el riesgo de contaminación cruzada con patógenos humanos o animales es muy bajo, lo que asegura que la producción sea más segura tanto para el medio ambiente como para las personas.
- Desafíos y el futuro
A pesar de todos estos avances, el Molecular Farming aún enfrenta algunos desafíos. Extraer y purificar las proteínas de las plantas puede ser un proceso costoso y complicado, lo que representa entre el 80% y 90% del costo total de producción. Sin embargo, se están desarrollando nuevas tecnologías para simplificar estos procesos y hacerlos más eficientes.
El futuro de la producción de medicamentos y vacunas parece estar en nuestros campos. Con los avances en la biotecnología, podríamos ver un mundo donde las granjas no solo produzcan alimentos, sino también las medicinas que necesitamos para mantenernos saludables. ¿No te parece increíble?
- ¿Por qué los estudiantes de Química están interesados en este campo?
Comprender cómo aprovechar las plantas como fábricas naturales abre un abanico de oportunidades para quienes se dedican al desarrollo de medicamentos. No solo es una opción más económica y fácil de usar, sino que también es una forma de ayudar a crear un futuro más sostenible. En lugar de depender de costosos sistemas de producción industrial, podrías estar desarrollando terapias avanzadas que no solo salvan vidas, sino que también cuidan del planeta.
La producción de proteínas recombinantes en plantas es una oportunidad única de innovar en el mundo farmacéutico, al mismo tiempo que se reduce el impacto ambiental. ¿Te imaginas estar en el centro de esta revolución verde? Este enfoque sostenible y rentable es clave para el futuro de la producción farmacéutica. ¿Estás listo para ser parte del cambio?
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