Dos flores mortales podrían inspirar potentes nuevos medicamentos

Investigadores de la Universidad Estatal de Michigan y la Academia Checa de Ciencias han identificado un método para reproducir la química de dos plantas venenosas, el acónito y el delphinium, en un entorno de laboratorio. Estos hallazgos, publicados en la revista Molecular Plant, abren la puerta a tratamientos sostenibles basados en productos naturales.

Las dos plantas, conocidas por causar daño nervioso y parálisis a dosis extremadamente bajas, contienen compuestos que podrían ser valiosos en el tratamiento del dolor, la malaria, el cáncer y plagas agrícolas. El equipo de investigación ha logrado identificar cómo estas plantas producen un grupo de químicos llamados alcaloides diterpenoides, que son altamente tóxicos pero también pueden tener propiedades médicas útiles.

El coautor del estudio, Garret Miller, quien ahora es profesor asistente de biotecnología en la Universidad de Michigan-Flint, afirmó: "Estas plantas han sido utilizadas en diferentes formas de medicina a lo largo del mundo durante miles de años. Entender cómo crearlas puede ofrecer nuevas rutas de pruebas".

La química poderosa de las plantas venenosas

A pesar de los avances en la ciencia moderna, las plantas siguen siendo insuperables en su capacidad para producir compuestos naturales complejos. Björn Hamberger, autor del estudio y profesor en el departamento de Bioquímica y Biología Molecular de la MSU, comentó: "Las plantas son los mejores químicos del planeta, mejorando su arsenal de compuestos naturales a lo largo de millones de años para sobrevivir".

Las moléculas producidas por las plantas, como la cafeína y el mentol, han sido utilizadas por los humanos en diversas formas. La Hamberger Lab en MSU investiga estas sustancias naturales, conocidas como metabolitos especializados, y busca formas de aplicarlas de manera práctica.

Recientemente, el grupo se centró en el delphinium, con el objetivo de determinar cómo produce los alcaloides diterpenoides. Sin embargo, desentrañar este proceso presentó un gran desafío.

Un rompecabezas químico de larga data

Los alcaloides diterpenoides combinan características de dos de los grupos más antiguos y grandes de químicos de plantas. Sus estructuras son tan complejas que los científicos han luchado durante décadas para entender cómo las plantas los construyen. A pesar de que el aconitina, uno de los compuestos más conocidos de esta familia, fue aislado hace casi 200 años, aún no se ha logrado sintetizarlo en un laboratorio.

El proyecto cobró impulso a través de una colaboración inesperada. En una conferencia científica en Barcelona, Björn Hamberger se encontró con investigadores del laboratorio de Tomáš Pluskal de la Academia Checa de Ciencias, quienes estaban estudiando la misma familia de alcaloides diterpenoides en el acónito.

"Cuando esto sucede, podemos seguir caminos separados o unirnos, y siempre es la unión la que conduce a la mejor ciencia", expresó Hamberger.

Rastreando la línea de ensamblaje química de las plantas

Tras unir fuerzas, el equipo internacional se propuso identificar la secuencia precisa de pasos bioquímicos que utilizan el acónito y el delphinium para producir los alcaloides diterpenoides. La búsqueda fue similar a una caza molecular. Los investigadores examinaron varias especies de ambas plantas y rastrearon miles de genes, buscando aquellos que se activaban en los tejidos correctos en el momento adecuado.

"Puedes imaginar una vía biosintética casi como una línea de ensamblaje", explicó Miller. "Si tienes diez pasos en fila necesarios para construir un producto terminado, y de repente uno deja de funcionar, los siguientes pasos no pueden ocurrir".

Las plantas generalmente producen metabolitos especializados en cantidades muy pequeñas y a un ritmo lento. Por lo tanto, identificar las vías bioquímicas detrás de ellos es esencial para producir estos compuestos en mayor escala y aplicarlos a problemas del mundo real.

Una vez que los investigadores resuelven una vía, pueden transferir las instrucciones genéticas para construir un compuesto a un huésped modificado, como la levadura. Este tipo de biohacking puede convertir al huésped en un sistema de producción biológico, permitiendo que manufacture cantidades mayores del químico deseado para su estudio y desarrollo posterior.

"En un escenario ideal, esto podría ayudar eventualmente a crear nuevos medicamentos inspirados en estos productos naturales", afirmó Mutabdžija.

Las plantas de tabaco se convierten en biofábricas vivas

Después de identificar una colección prometedora de genes del acónito y el delphinium, los investigadores transfirieron esas instrucciones genéticas a plantas de tabaco. Estas plantas sirvieron como fábricas vivas para probar si los genes podían reproducir el proceso químico de las plantas venenosas.

El análisis mostró que las plantas de tabaco modificadas habían ensamblado la vía que el equipo buscaba. Seis enzimas distintas trabajaron juntas para producir atisinium, un alcaloide diterpenoide. Las enzimas ayudaron a dar forma a la molécula en su complicada estructura final y también permitieron la adición de una fuente esencial de nitrógeno que los investigadores no esperaban.

Al identificar los primeros pasos bioquímicos necesarios para hacer atisinium, el equipo ha ganado un punto de partida importante para estudiar la familia más amplia de alcaloides diterpenoides y sus propiedades medicinales potencialmente útiles.

"Nuestra visión es proporcionar herramientas sostenibles y ecológicas que nos permitan aprovechar el poder natural de estas plantas", concluyó Hamberger.

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