Pasee por los antiguos cementerios en Inglaterra, y es possible que vea los tejos con hojas verdes brillantes y impresionantes frutas rojas rubí que protegen las tumbas. Estos árboles coníferos se conocen en el folklore europeo como un símbolo de muerte y fatalidad.
Son cualquier cosa menos. El Pacífico tejo Naturalmente, sintetiza paclitaxel, comúnmente conocido como taxol, un medicamento de quimioterapia ampliamente utilizado para combatir múltiples tipos de cáncer agresivo. A fines de la década de 1990, estaba aprobado por la FDA para el cáncer de seno, ovario y pulmón y, desde entonces, se ha utilizado fuera de etiqueta para aproximadamente una docena de otras neoplasias malignas. Es una historia de éxito moderna que muestra cómo podemos traducir la biología vegetal en drogas terapéuticas.
Pero debido a que Taxol se produce en la corteza del árbol, la cosecha de los químicos que salvan vidas mata a su huésped. Los tejas son creciendo lento con una vida muy largahaciéndolos un recurso insostenible. Si los científicos pueden desentrañar la receta genética para el taxol, pueden recrear los pasos en otras plantas, o incluso en levadura o bacterias, para sintetizar la molécula a escala sin dañar los árboles.
Un nuevo estudio en Naturaleza Nos lleva más cerca de ese objetivo. El taxol está hecho de un químico precursor, llamado baccatina III, que es solo unos pocos pasos químicos eliminados del producto ultimate y se produce en agujas de tejo. Después de analizar miles de células de tejo, el equipo mapeó una vía de 17 gen que conduce a la producción de baccatina III.
Agregaron estos genes a las plantas de tabaco, que no producen naturalmente baccatina III, y descubrieron que las plantas bombeaban fácilmente el químico a niveles similares a las agujas de tejo.
Los resultados son “un avance en nuestra comprensión de los genes responsables de la producción biológica de este medicamento”, escribió Jakob Franke en la Universidad de Leibniz Hannover, quien no participó en el estudio. “Los hallazgos son un gran avance en los esfuerzos para asegurar un suministro confiable de paclitaxel”.
Un jardín de medicina
Los humanos han usado plantas durante mucho tiempo como drogas terapéuticas.
Más que Hace 3.500 añosLos egipcios descubrieron que la corteza de sauce puede reducir las fiebres y reducir el dolor. Desde entonces hemos aumentado su eficacia, pero el componente principal ahora se vende en cada farmacia, aspirina. Alemania ha aprobado una molécula de flores de lavanda para trastornos de ansiedad, y algunos compuestos de la raíz de regaliz puede ayuda Proteja el hígado, según los primeros ensayos clínicos.
El tejo llamó por primera vez la atención de los científicos a fines de la década de 1960, cuando estaban detectando una gran cantidad de extractos de plantas para posibles medicamentos contra el cáncer. La mayoría eran trapos o demasiado tóxicos. Taxol se destacó por sus efectos únicos contra los tumores. La molécula impide que los cánceres de construir una estructura “comparable a un esqueleto” en nuevas células y den su capacidad de crecer.
Taxol fue un éxito exitoso, pero a la comunidad médica se refería a los árboles naturales que los árboles no podían satisfacer la demanda clínica. Los científicos pronto comenzaron a intentar sintetizar artificialmente la droga. El descubrimiento de la baccatina III, que se puede convertir en taxol después de un poco de tinking químico, fue un cambio de juego en su búsqueda. Este precursor de taxol ocurre en cantidades mucho mayores en las agujas de varias especies de tejo que se pueden cosechar sin matar los árboles. Pero el proceso requiere múltiples pasos químicos y es muy costoso.
Hacer baccatina III o taxol desde cero utilizando biología sintética—Elo, la transferencia de los genes necesarios a otras plantas o microorganismos, sería una alternativa más eficiente y podría impulsar la producción a una escala industrial. Sin embargo, para que la thought funcione, los científicos necesitarían rastrear toda la vía de los genes involucrados en la producción de productos químicos.
Dos equipos Recientemente se clasificó a través de los casi 50,000 genes de los tejas y descubrió un conjunto mínimo de genes necesarios para hacer baccatina III. Si bien este fue un logro de “avance”, escribió Franke, agregando que los genes a las plantas de nicotina arrojaron cantidades muy bajas del químico.
A diferencia de los genomas bacterianos, donde los genes que trabajan juntos a menudo se encuentran cerca uno del otro, los genes relacionados en las plantas a menudo se rocían en todo el genoma. Esta organización tipo confeti facilita la pérdida de genes críticos involucrados en la producción de productos químicos.
Un santo grial
El nuevo estudio empleó un easy pero “Estrategia altamente innovadora“, Escribió Frank.
Las plantas de tejo producen más baccatina III como mecanismo de defensa cuando están bajo ataque. Al enfatizar las agujas de Yew, el equipo razonó, podrían identificar qué genes activados al mismo tiempo. Los científicos ya conocen varios genes involucrados en la producción de baccatina III, por lo que estos ingredientes podrían usarse para pescar genes que actualmente faltan en la receta.
El equipo sumergió agujas de tejo recién recortadas en platos forrados con pozos que contienen agua y fertilizantes, presagios de mini bandejas suculentas. A estos, agregaron estresores como gross sales, hormonas y bacterias para estimular la producción de baccatina III. La configuración proyectó simultáneamente cientos de combinaciones de factores estresantes.
Luego, el equipo secuenció el ARNm, un proxy para la expresión génica, desde más de 17,000 células individuales para rastrear qué genes se activaron juntos y en qué condiciones.
El equipo encontró ocho nuevos genes involucrados en la síntesis de taxol. Uno, denominado Foto1, fue especialmente crítico para aumentar el rendimiento de múltiples precursores esenciales, incluida la baccatina III. El gen “nunca antes se ha implicado en tales vías bioquímicas, y que hubiera sido casi imposible de encontrar por los enfoques convencionales”, escribió Franke.
Empallaron 17 genes esenciales para la producción de baccatina III en plantas de tabaco, una especie comúnmente utilizada para estudiar la genética vegetal. El tabaco mejorado produjo la molécula a niveles similares, o a veces aún más altos, en comparación con las agujas de tejo.
De la planta a los microbios
Aunque el trabajo es un paso importante, confiar en las plantas de tabaco tiene sus propios problemas. Los genes agregados no se pueden transmitir a la descendencia, lo que significa que cada generación debe ser diseñada. Esto hace que la tecnología sea difícil de ampliar. Alternativamente, los científicos pueden usar microbios, que son fáciles de crecer a escala y ya se usan para hacer productos farmacéuticos.
“Teóricamente, con un poco más de retoques, realmente podríamos hacer mucho de esto y ya no necesitamos el tejo para obtener baccatina”, dicho El autor del estudio Conor McClune en un comunicado de prensa.
El objetivo ultimate, sin embargo, es producir taxol de principio a fin. Aunque el equipo mapeó toda la vía para la síntesis de baccatina III, y descubrió un gen que lo convierte en taxol, la receta todavía le falta dos enzimas críticas.
Sorprendentemente, un grupo separado en la Universidad de Copenhague se clavó genes que codifican esas enzimas este abril. Poner los dos estudios hace que sea teóricamente posible sintetizar el taxol desde cero, que McClune y sus colegas están listos para probar.
“Taxol ha sido el santo grial de la biosíntesis en el mundo de los productos naturales vegetales”, “, dicho La autora del estudio Elizabeth se sattely.
El enfoque del equipo también podría beneficiar a otros científicos ansiosos por explorar un universo de posibles nuevos medicamentos en las plantas. Chino, indioy Culturas indígenas en las Américas han confiado durante mucho tiempo en las plantas como fuente de curación. Las tecnologías modernas ahora están comenzando a desentrañar por qué.
