Los fanáticos de la cerveza casera y las destilerías de patio trasero ya saben cómo emplear la levadura para convertir el azúcar en alcohol.
Ahora, los bioingenieros han ido mucho más lejos al completar los pasos clave necesarios para convertir la levadura alimentada con azúcar en una fábrica de microbios para producir morfina y potencialmente otros medicamentos, incluidos antibióticos y terapias contra el cáncer.
Durante la última década, un puñado de laboratorios de biología sintética ha estado trabajando para replicar en microbios una vía química compleja de 15 pasos en la planta de amapola para permitir la producción de fármacos terapéuticos.
Los equipos de investigación han recreado de forma independiente diferentes secciones de la ruta de drogas de la adormidera usando E. coli o levadura, pero lo que había estado faltando hasta ahora eran los pasos finales que le permitirían a un solo organismo realizar la tarea de principio a fin.
Un reto Doable
Un nuevo estudio publicado en línea en la revista Nature Chemical Biology muestra cómo los investigadores han superado ese obstáculo mediante la replicación de los primeros pasos en la vía en una cepa de ingeniería de la levadura. Fueron capaces de sintetizar reticulina, un compuesto en amapola, a partir de tirosina, un derivado de la glucosa.
"Lo que realmente quieres hacer desde la perspectiva de la fermentación es poder alimentar la levadura con glucosa, que es una fuente de azúcar barata, y hacer que la levadura realice todos los pasos químicos necesarios para crear tu droga terapéutica objetivo", dice John Dueber. , el investigador principal del estudio y profesor asistente de bioingeniería en la Universidad de California, Berkeley.
"Con nuestro estudio, se han descrito todos los pasos, y ahora es una cuestión de vincularlos y ampliar el proceso. No es un desafío trivial, pero es factible ".
Camino de Amapolas
Las cualidades que hacen que el camino de la planta de la amapola sea tan desafiante son las mismas que lo convierten en un objetivo tan atractivo para la investigación.
Es complejo, pero es la base sobre la cual los investigadores pueden construir nuevas terapias. Los alcaloides de Benzylisoquinoline, o BIAs, son la clase de compuestos altamente bioactivos encontrados en la amapola, y esa familia incluye algunas moléculas de 2,500 aisladas de plantas.
Quizás el rastro más conocido en la vía BIA es el que conduce a los opiáceos, como la codeína, la morfina y la tebaína, un precursor de la oxicodona y la hidrocodona. Todos son sustancias controladas. Pero diferentes senderos conducirán a la papaverina antiespasmódica o al precursor de antibióticos dihidrosanguinarina.
"Las plantas tienen ciclos de crecimiento lento, por lo que es difícil explorar por completo todas las sustancias químicas posibles que se pueden fabricar a partir de la vía BIA mediante la ingeniería genética de la amapola", dice el autor principal William DeLoache, estudiante de doctorado en bioingeniería. "Mover la vía BIA a los microbios reduce drásticamente el costo del descubrimiento de fármacos. Podemos manipular y sintonizar fácilmente el ADN de la levadura y probar rápidamente los resultados ".
Al reutilizar una enzima de la remolacha que se usa de forma natural en la producción de sus vibrantes pigmentos, los investigadores podrían convencer a la levadura para convertir la tirosina, un aminoácido derivado fácilmente de la glucosa, en dopamina.
Bandera roja para reguladores
Con la ayuda del laboratorio de Vincent Martin, profesor de genómica microbiana e ingeniería en la Universidad de Concordia, los investigadores pudieron reconstituir la ruta completa de siete enzimas desde la tirosina hasta la reticulina en la levadura.
"Llegar a la reticulina es fundamental porque a partir de ahí, los pasos moleculares que producen la codeína y la morfina a partir de la reticulina ya se han descrito en la levadura", dice Martin. "Además, la reticulina es un centro molecular en la vía BIA. A partir de ahí, podemos explorar muchos caminos diferentes hacia otras drogas potenciales, no solo opiáceos ".
El descubrimiento acelera dramáticamente el tiempo para que las drogas caseras se conviertan en realidad, dicen los investigadores, advirtiendo que los reguladores y los funcionarios encargados de hacer cumplir la ley deberían prestar atención.
"Probablemente estamos mirando una línea de tiempo de un par de años, no una década o más, cuando la levadura alimentada con azúcar podría producir de manera confiable una sustancia controlada", dice Dueber. "Ahora es el momento de pensar en políticas para abordar esta área de investigación. El campo se está moviendo sorprendentemente rápido, y tenemos que estar al frente para poder mitigar el potencial de abuso ".
En un comentario publicado en Naturaleza y sincronizados con la publicación del nuevo estudio, los analistas políticos piden una regulación urgente de esta nueva tecnología. Destacan los muchos beneficios de este trabajo, pero también señalan que "las personas con acceso a la cepa de levadura y las habilidades básicas de fermentación podrían cultivar la levadura utilizando el equivalente de un kit casero".
Se recomiendan restringir las cepas de levadura manipuladas a instalaciones con licencia y a los investigadores autorizados, señalando que sería difícil de detectar y controlar el transporte ilícito de tales cepas.
Si bien esos controles pueden ayudar, Dueber dice: "Una preocupación adicional es que una vez que el conocimiento de cómo crear una cepa productora de opiáceos está por ahí, cualquier persona entrenada en biología molecular básica teóricamente podría construirlo".
Otro objetivo para la regulación serían las empresas que sintetizan y venden secuencias de ADN. "Ya existen restricciones para las secuencias vinculadas a organismos patógenos, como la viruela", dice DeLoache. "Pero tal vez es hora de que también veamos secuencias para producir sustancias controladas".
