Son los días calurosos del verano. Muerdes una naranja gruesa y fría. El jugo de cítricos explota en tu boca en una ráfaga refrescante y hormigueante.
Y felicitaciones, acaba de ser vacunado contra el virus más reciente.
Ese es uno de los objetivos de la agricultura molecular, una visión para que las plantas sinteticen medicamentos y vacunas. Mediante el uso de la ingeniería genética y la biología sintética, los científicos pueden introducir nuevas vías bioquímicas en las células vegetales, o incluso en plantas enteras, convirtiéndolas esencialmente en biorreactores de un solo uso.
Toda la idea tiene un aire retro-futurista de ciencia ficción. Concebida por primera vez en 1986, la agricultura molecular recibió su impulso tres décadas después, cuando la FDA aprobó la primera y única proteína terapéutica derivada de plantas para humanos para tratar la enfermedad de Gaucher, un trastorno genético que evita que las personas descompongan las grasas.
Pero a los Dres. Hugues Fausther-Bovendo y Gary Kobinger en Université Laval, Quebec y Galveston National Laboratory, Texas, respectivamente, recién estamos comenzando. En un nuevo artículo en perspectiva publicado la semana pasada en Science , el dúo sostiene que las plantas han sido durante mucho tiempo un recurso pasado por alto para la biofabricación.
Las plantas son baratas de cultivar y resisten las formas comunes de contaminación que acechan a otros procesos de fabricación de medicamentos, a la vez que son sostenibles y respetuosas con el medio ambiente. Las proteínas terapéuticas o vacunas resultantes a menudo se almacenan dentro de sus semillas u otros componentes de células vegetales, que pueden deshidratarse fácilmente para su almacenamiento, sin necesidad de congeladores ultrafríos o portadores estériles.
También funcionan rápido. En solo tres semanas, la compañía canadiense Medicago produjo una vacuna candidata para Covid-19 que imita la capa externa del virus para estimular una respuesta inmune. La vacuna se encuentra ahora en ensayos clínicos en etapa tardía.
Aún más salvaje, las plantas mismas pueden convertirse en medicinas comestibles. En lugar de inyecciones de insulina, las personas con diabetes podrían simplemente comerse un tomate. En lugar de recibir una vacuna contra la gripe, podría masticar una mazorca de maíz dulce y fresco. El sorteo de la agricultura molecular alentó a DARPA (Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa) a financiar tres instalaciones masivas para optimizar las vacunas fabricadas por plantas.
Y si alguna vez llegamos a Marte , las plantas son mucho más fáciles de cultivar que establecer una operación farmacéutica completa.
"La agricultura molecular podría tener un impacto considerable en la salud tanto humana como animal", dijeron los autores.
¿Cuál es la alternativa actual?
Secuestrar otras formas de vida para fabricar drogas no es nuevo.
Tomemos como ejemplo la levadura común, el medio favorito de los científicos para la ingeniería genética y el mejor amigo de un cervecero. Usando pequeñas "naves espaciales" circulares que llevan nuevos genes, llamados vectores, los científicos pueden crear nuevas vías bioquímicas hacia estas criaturas. En un estudio reciente , un equipo de Stanford realizó 34 modificaciones en el ADN de la levadura para ensamblar químicamente una molécula con efectos generalizados en los músculos, glándulas y tejidos humanos.
Otros medios para sintetizar fármacos, anticuerpos y vacunas se han basado en un arco iris de huéspedes, desde los exóticos (células de insectos) hasta los ligeramente más mundanos, como los huevos. La vacuna contra la gripe, por ejemplo, se cultiva en huevos de gallina, lo que favorece el crecimiento de una versión atenuada del virus para ayudar a estimular el sistema inmunológico. Una próxima vacuna Covid-19 está haciendo lo mismo .
Pero si alguna vez ha tenido la desafortunada experiencia de que la elaboración de cerveza casera se haya estropeado (cerveza, vino, o de otra manera), tendrá una sensación visceral de los peligros involucrados. Aunque el uso de células de levadura o de mamíferos para la biofabricación es la norma hoy en día, es una operación costosa. Las celdas llenan jarras giratorias masivas dentro de instalaciones estrictamente controladas. Las operaciones están bajo la amenaza constante de patógenos zoonóticos, insectos peligrosos que causan enfermedades y que podrían desperdiciar un tanque entero.
Una alternativa basada en plantas
El uso de plantas como biofábricas de reemplazo comenzó con un cálculo simple: son baratas y fáciles de cultivar. Las plantas solo requieren tres cosas: luz, agua y tierra. Agrega fertilizante si te apetece. Los invernaderos, si es necesario, siguen siendo mucho más económicos que los biorreactores de acero inoxidable.
Pero los científicos pronto se dieron cuenta de otros beneficios. Uno es la experiencia. Con miles de años de conocimientos agrícolas colectivos bajo el cinturón de la humanidad, es relativamente fácil evaluar la mejor manera de cultivar una hoja de tabaco que produzca anticuerpos, una papa antitoxina o una soja que produzca vacunas contra el herpes . En los países en desarrollo, simplemente plantéelos en el campo o en pilas verticales, sin necesidad de equipo especial. Para cosechar, triturar las plantas y extraer los medicamentos del jugo. O simplemente congele las partes secas de la planta que contienen el medicamento en un polvo para almacenarlas y enviarlas. Todo el proceso es económico y sostenible.
Agregue el reciente auge de las herramientas de edición de genes, y la agricultura molecular está en racha. El proceso es similar a los cultivos genéticamente modificados (GM). Comienza con la introducción de un vector en toda la planta o en las células vegetales, que lleva el código genético para producir una proteína o una vacuna. Dependiendo del tipo de vector, el nuevo ADN puede integrarse en el propio genoma de la planta, algo llamado "expresión estable", o puede flotar el tiempo suficiente para que la planta lleve a cabo sus instrucciones de producción de proteínas.
Esta última, denominada "expresión transitoria", es especialmente tentadora por su velocidad. Es posible extraer vacunas y proteínas terapéuticas en unas semanas, dijeron los autores.
El otro beneficio fue una sorpresa. Las vacunas y los anticuerpos monoclonales producidos por plantas, por ejemplo, los que se utilizan para tratar casos graves de Covid-19, son mucho más potentes que moléculas similares fabricadas en huevos de gallina o levaduras. La mayoría de las vacunas en estos días requieren adyuvantes, una "pizca" molecular en la parte superior que ayuda a estimular aún más la respuesta inmunitaria. En las plantas, sin embargo, la vacuna resultante contiene una sopa de bioquímicos vegetales. Estas moléculas, dijeron los autores, pueden actuar de manera similar a un adyuvante, lo que podría hacer que las formulaciones de vacunas sean mucho más simples y asequibles.
Pero un gran poder conlleva una gran responsabilidad. Sobreestimular el sistema inmunológico puede tener efectos secundarios catastróficos. Buenas noticias. Hasta ahora, los anticuerpos monoclonales producidos por plantas contra el VIH y el Ébola mostraron muy pocos efectos secundarios, siendo los más comunes fiebre baja en tres ensayos clínicos.
Vacunas comestibles
Quizás la promesa más tentadora de la agricultura molecular en el futuro cercano son los cultivos que contienen una vacuna.
Si la idea de ingerir una vacuna le da asco, hay un precedente. Un tipo de vacuna contra la polio, que contiene un virus debilitado que se administra como comestible, se utilizó una vez ampliamente para eliminar el virus. Sin embargo, en un lapso de seis años a principios de siglo, una gran cantidad de vacunas comestibles a base de plantas contra la hepatitis B, la rabia y el norovirus se convirtieron en pioneros y mártires de ese objetivo. "La proporción de personas inmunizadas que generaron una respuesta inmunitaria ... fue decepcionantemente más baja que en los ensayos clínicos que incluían vacunas estándar administradas", dijeron los autores.
Eso está cambiando. Con el auge de CRISPR y otras herramientas de edición de genes de precisión, "las vacunas comestibles elaboradas a partir de plantas ahora podrían generar respuestas inmunes significativas". Varias pruebas recientes intentaron usar una inyección de vacuna como primera dosis, con una vacuna comestible a base de plantas derivada de arroz, cereales o maíz como refuerzo.
Por ahora, las terapias a base de plantas comestibles todavía se encuentran en la fase de desarrollo preclínico. Incluso cuando sea tecnológicamente posible, es probable que también se enfrenten a obstáculos y protestas. La animosidad actual hacia los OGM puede continuar. Deberán existir costos y protocolos para una fabricación segura.
Pero la agricultura molecular también podría ser el gran equilibrador para el acceso terapéutico, al tiempo que minimiza el impacto en un clima cada vez más tumultuoso.
Para los autores, la clave es mirar hacia adelante. "La fabricación de proteínas farmacéuticas puede seguir dominada por los sistemas de producción actuales hasta que el atractivo económico ... cambie el equilibrio hacia la agricultura molecular", dijeron.
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