A Wolfsbane no le importa si sobrevives. Una sola gota de su extracto puede apagar tu sistema nervioso. Larkspur, su primo botánico cercano, juega un juego similar: paralizar a los depredadores con una facilidad letal. Pero esta guerra química tiene una otra cara.
Estos mismos compuestos, capaces de detener un corazón o un cerebro, también son curas potenciales para la malaria, el cáncer y el dolor crónico.
Hasta ahora hemos estado a merced de la escasez de la naturaleza. Extraer una cantidad suficiente de estas poderosas moléculas de las plantas es como extraer oro con una cucharadita. Pero los investigadores han dado un gran paso para cambiar eso. Han descubierto cómo recrear estos complejos conjuntos de química en el laboratorio.
El trabajo, publicado en Molecular Plant, combina la experiencia de la Universidad Estatal de Michigan (MSU) y la Academia Checa de Ciencias. Es un puente entre los antiguos remedios herbales y la ingeniería genética moderna.
“Las plantas son los mejores químicos que existen… Los humanos han encontrado innumerables usos para estas moléculas”.
— Björn Hamberger, profesor de MSU
Por qué la química vegetal es tan difícil de copiar
Pensamos que las plantas son lentas y simples. No lo son.
Durante millones de años, la flora ha mejorado sus arsenales químicos para sobrevivir a la depredación, las enfermedades y el estrés climático. ¿El resultado? Metabolitos especializados con estructuras tan intrincadas que incluso después de dos siglos de química, muchos siguen sin sintetizarse.
Tome alcaloides diterpenoides. Estas moléculas, que se encuentran en la espuela de caballero (delfinio) y el acónito, son monstruos moleculares. Combinan características de los dos grupos más grandes y antiguos de sustancias químicas vegetales. El resultado es una estructura tan complicada que la Aconitona, un famoso derivado tóxico, nunca se ha construido completamente en un laboratorio, a pesar de haber sido aislada hace casi 200 años.
“Si tienes diez pasos seguidos… y de repente uno abandona, los siguientes pasos no pueden ocurrir”, explicó Garret Miller, alumno de MSU y co-primer autor.
Intentar aislar estos compuestos de la naturaleza produce cantidades pequeñas. Es lento, ineficiente y ambientalmente gravoso. Necesitábamos una mejor manera. Necesitábamos una línea de montaje.
Cómo la colisión generó un gran avance
El avance no provino de un solo laboratorio. Provino de una colisión en una conferencia de investigación en Barcelona.
El equipo de Björn Hamberger en MSU estaba estudiando la espuela de caballero. En el mismo evento, el grupo de Tomáš Pluskal de la Academia Checa de Ciencias luchaba con la misma clase de compuestos del acónito.
Era el mismo problema. Diferentes enfoques.
“Cuando esto sucede, podemos seguir nuestro propio camino o unirnos… la unión es lo que siempre conduce a la mejor ciencia”, dijo Hamberger.
Los dos grupos fusionaron sus recursos. ¿Su objetivo? Mapee la ruta bioquímica exacta que convierte la materia vegetal cruda en estos potentes alcaloides.
La línea de ensamblaje genético
Para encontrar la receta, no adivinaron. Ellos cazaron.
El equipo analizó miles de genes de múltiples especies. Buscaron marcadores específicos: qué genes se activaron en los tejidos adecuados, en el momento adecuado, para producir la toxina.
Trataron la biología de la planta como si fuera el piso de una fábrica. Cada enzima era un trabajador en la línea. El objetivo era identificar cada paso desde la materia prima hasta el producto terminado.
Una vez mapeadas, estas instrucciones genéticas podrían extraerse de la planta e insertarse en un organismo huésped. ¿Levadura? ¿Tabaco? No importa cuál sea el anfitrión, siempre y cuando pueda leer el código de la planta y comenzar a fabricar el compuesto a escala.
En un escenario ideal, esto nos permitiría evitar por completo la agricultura. Sin campos. Sin cosecha. Sólo biorreactores.
Las plantas de tabaco logran el primer avance
Los investigadores no se limitaron a la teoría. Lo probaron.
Tomaron un conjunto prometedor de genes tanto de acónito como de espuela de caballero y los insertaron en plantas de tabaco. Convirtieron los cultivos en fábricas biológicas.
¿El resultado? Éxito.
El análisis químico confirmó que el tabaco producía atisinio, un alcaloide diterpenoide. Las plantas modificadas no sólo estaban produciendo un fragmento; Estaban completando la asamblea. Seis enzimas distintas trabajaron en conjunto, guiando la molécula hacia su compleja forma final.
Aún más sorprendente es que el proceso añadió una fuente vital de nitrógeno que los científicos no habían predicho.
“Nuestra visión es proporcionar herramientas ecológicas y sostenibles”.
— Björn Hamberger
Qué significa esto para la medicina
Este es sólo el primer paso.
La identificación de los puntos de entrada de la vía biosintética permite a los científicos controlar toda la familia de alcaloides diterpenoides. Abre la puerta a probar las propiedades medicinales de estos compuestos sin correr el riesgo de exposición a las toxinas vegetales crudas y sin refinar.
Actualmente utilizamos medicamentos inspirados en plantas como la capsaicina (pimiento) o la vainillina (vainilla). La próxima ola podría incluir agentes anticancerígenos específicos o nuevos analgésicos derivados de las mismas plantas que matan.
Pero hay un problema.
El camino desde “lo hicimos en un laboratorio” hasta “seguro para ensayos en humanos” es largo. Aún no sabemos cuáles de estos esqueletos tóxicos se domesticarán lo suficiente como para convertirse en medicamentos útiles y cuáles seguirán siendo sólo curiosidad.
La química tiene solución. La fabricación es posible. La única pregunta que queda es qué haremos realmente con él.
