Los humanos hemos convivido con las plantas desde siempre y hemos encontrado en ellas sustento, sombra, leña, material de construcción, e incluso, medicamentos. En este último aspecto, los sumerios documentaron el uso medicinal de plantas hace cinco mil años aproximadamente, y desde entonces, alrededor del mundo existen numerosos registros y referencias acerca de lo que hoy conocemos como la medicina tradicional o herbolaria.
¿Por qué las plantas producen medicamentos?
Las plantas son capaces de sintetizar miles de compuestos químicos, ya que algunos de ellos son indispensables para su crecimiento, desarrollo, reproducción y metabolismo básico, a los que conocemos como metabolitos primarios. Pero, existe otro grupo de compuestos, que no son indispensables para el metabolismo básico de la planta, sino que su síntesis ofrece a la planta ciertas ventajas, principalmente para su supervivencia. Estos compuestos se conocen como metabolitos secundarios y tienen funciones primordiales en la defensa de las plantas, ya que son con los que hacen frente al ataque de microorganismos patógenos y animales herbívoros, les sirven de protección contra las radiaciones como la luz ultravioleta (UV) y de otras situaciones estresantes como las altas y bajas temperaturas, o bien, poco o exceso de agua. Estos metabolitos secundarios que las plantas producen para su protección e interacción con el ambiente, son precisamente los responsables del efecto terapéutico de las plantas, es decir, los medicamentos que nosotros necesitamos para aliviar las diversas enfermedades que nos aquejan.
Existen diferentes tipos de metabolitos secundarios y se dividen en grupos de compuestos, dependiendo de la ruta metabólica mediante la cual se sintetizan, por lo que también tienen semejanzas estructurales. Generalmente se agrupan en alcaloides, compuestos fenólicos, esteroides y terpenoides, con sus respectivos derivados.
Compuestos de plantas y su actividad medicinal
De generación en generación, se ha transmitido el conocimiento de que las infusiones como el té son buenas para la salud, en ellas el agua caliente extrae metabolitos secundarios de las plantas, principalmente compuestos fenólicos, siendo las epicatequinas las más conocidas, sobre todo por su gran potencial antioxidante. En México, de manera tradicional se bebe infusión de manzanilla para aliviar el dolor de estómago, esta contiene un compuesto fenólico llamado apigenina, del cual se ha demostrado su potencial antioxidante y antiinflamatorio.
Además del conocimiento ancestral de la medicina tradicional, se han realizado numerosos estudios científicos que han demostrado el potencial benéfico de algunos metabolitos secundarios y que respaldan su uso en el tratamiento y prevención de enfermedades. Esto ha dado pie a que, de hecho, el 25 % de los medicamentos prescritos en la medicina convencional, contengan algún compuesto activo de origen vegetal.
Un claro ejemplo del potencial medicinal de las plantas es el caso de la aspirina, el medicamento más conocido y probablemente más utilizado en el mundo. Se podría decir que su historia inicia hace más de tres mil años, cuando en la Grecia antigua se utilizaba la corteza de sauce y la hierba ulmaria (Filipendula ulmaria) para aliviar el dolor y la fiebre; pero fue hasta 1829 que el farmacéutico francés Henri Leroux, extrajo de una de estas plantas la «salicilina», un compuesto que generaba algunos efectos secundarios como irritación estomacal y en algunos casos hemorroides. Finalmente, en 1854 el químico francés Charles Fréderic Gerhardt fue capaz de sintetizar el ácido acetilsalicílico o mejor conocido ahora como aspirina, un homólogo de la salicina pero con menos efectos secundarios. Otros ejemplos destacados son la morfina, un alcaloide proveniente de la amapola; las isoflavonas del camote y del garbanzo, que actúan como fitohormonas femeninas; los glucósidos cardiotónicos de la dedalera (Digitalis purpurea) los cuales son de naturaleza esteroidea; entre otros.
Existen otros fármacos derivados de metabolitos secundarios disponibles comercialmente, un ejemplo es la patente de Unigen Pharmaceuticals, Inc., que consiste en una mezcla de flavanos y flavonoides (compuestos fenólicos), extraídos de plantas de los géneros Scutellaria y Acacia. Este fármaco es útil para aliviar el dolor y la inflamación relacionados con padecimientos como osteoartritis, artritis reumatoide, entre otros.
¿Cómo pasan de ser plantas a biofábricas?
Una vez que el potencial de las plantas fue conocido y probado, fue solo cuestión de tiempo para que los humanos buscaran la forma de que las plantas produjeran metabolitos secundarios de forma deliberada y masiva, así es como surgen las biofábricas de medicamentos. El término biofábrica aún no tiene un significado bien definido, ya que podría referirse a una empresa que se dedica a la producción agropecuaria e investigación científica con una perspectiva ecológica y de responsabilidad social, o bien, a la utilización de un ser vivo para la producción masiva de compuestos de interés. En esta ocasión nos referiremos a la segunda definición.
Aunque las plantas sintetizan un gran número de metabolitos secundarios, se ha buscado cómo promover una mayor acumulación de estos compuestos, ya que muchos de ellos son producidos en muy pequeñas cantidades, por lo que recientemente se estudian alternativas biotecnológicas para que las plantas produzcan un mayor contenido de metabolitos secundarios de interés farmacológico. Una de las herramientas más utilizadas es la ingeniería genética, con la que es posible «diseñar plantas» capaces de acumular una mayor cantidad de compuestos de interés en las diferentes partes estructurales de la planta, como son tallos, hojas, flores, semillas, frutos, etc. Cuando por este medio, se modifica la síntesis de un metabolito secundario, a las plantas «modificadas» se les considera como una pequeña fábrica.
El uso de plantas modificadas genéticamente para la obtención de compuestos terapéuticos es una realidad hoy en día, y están siendo utilizadas para el desarrollo de medicamentos biodirigidos, terapias contra el cáncer, vacunas, antivirales y antibacterianos, entre otros. Cabe mencionar que en el mercado ya se encuentra disponible el fármaco taliglucerasa alfa (Protalix BioTherapeutics®), una enzima que se utiliza en la terapia de remplazo para la enfermedad de Gaucher, obtenida de zanahorias modificadas genéticamente.
Aunque prácticamente cualquier planta podría ser utilizada con este fin, la planta a modificar se elige de acuerdo a sus características y dependiendo de qué compuesto se desea sintetizar; se buscan plantas resistentes a la toxicidad de metales, que crezcan rápidamente en medios simples y económicos, con mayores rendimientos de biomasa y fácilmente manipulables genéticamente. Mientras que, las frutas y vegetales se consideran ideales para las vacunas comestibles.
Esta última aplicación, ha despertado gran interés ya que ofrecen ventajas en el almacenamiento y el transporte a lugares remotos con nula o escasa refrigeración. Tan solo a comienzos del 2020 se obtuvieron 97 vacunas experimentales a partir de plantas modificadas genéticamente, contra enfermedades como el SIDA, papiloma humano, poliomelitis, rabia, hepatitis, cólera y tuberculosis. Pero no solo queda a nivel laboratorio, también se están realizado ensayos clínicos, es decir, con pacientes, como las obtenidas de plantas de tabaco modificadas genéticamente para influenza (Medicago®), malaria (Fraunhofer®), e incluso, ébola (Kentucky Bioprocessing®), esta última se utilizó en África durante los brotes de ébola de 2014-2015 y 2018-2019.
Tan conveniente es el uso de vacunas comestibles, que actualmente se trabaja en el desarrollo de una para COVID-19. Por ejemplo, en México, el Dr. Daniel Garza de la Universidad Autónoma de Nuevo León y su grupo de investigación, analizan para ello, el potencial de tomates modificados genéticamente.
A pesar de lo conveniente que pudiera parecer el desarrollo de plantas modificadas genéticamente como biofábricas de medicamentos, existe cierta renuencia por parte de algunos miembros de la sociedad y grupos de abogados públicos, ambientalistas e industrias alimentarias, debido a que este tipo de organismos aún son percibidos como un peligro ambiental y para la salud. Por ello, se han buscado alternativas a la ingeniería genética para el uso de plantas como biofábricas, entre estas destaca la aplicación de estrés abiótico. Como mencionamos anteriormente, la planta sintetiza metabolitos secundarios como mecanismo de defensa, por ello al someter a la planta a situaciones estresantes como corte, exposición al oxígeno, a bajas temperaturas, a radiaciones UV y/o fitohormonas, la planta acumula una mayor cantidad de compuestos.
Debido a la notable disminución de riesgos, esta práctica ha sido mayormente aceptada por la sociedad, por lo que se han realizado estudios científicos que muestran con éxito el incremento de la acumulación de compuestos de interés en frutos del bosque, papa y zanahoria, por ejemplo. Estos estudios se han enfocado principalmente en la acumulación de antioxidantes, y es que se ha demostrado que este tipo de compuestos son fácilmente absorbidos y metabolizados por el hombre, por lo que son ampliamente usados en el tratamiento y prevención de enfermedades crónico-degenerativas como la obesidad, diabetes, hepatitis B y enfermedades cardiovasculares. La capacidad antioxidante de estos compuestos está directamente relacionada con un efecto antiinflamatorio, lo cual además de ser benéfico por sí mismo, también tiene un efecto sobre la disminución de padecimientos relacionados con la inflamación como enfermedades neurodegenerativas, cáncer y artritis.
Plantas: productoras de biofármacos
Como hemos descrito, en las plantas podemos encontrar una alternativa viable para la producción de medicamentos, y recientemente se ha desarrollado una línea de investigación enfocada a la obtención de «biofármacos». Aunque los preparados de origen vegetal se han utilizado desde la antigüedad, recientemente el uso de medicamentos de origen natural es más común, debido a que muchas veces presentan menos efectos secundarios que los fármacos de la medicina convencional. Aunque ya existen algunos productos en el mercado, los procesos de obtención y preparación no han sido del todo estandarizados, por lo que aún hay bastante trabajo pendiente al respecto, ya que la efectividad del uso de los metabolitos secundarios se ve altamente afectada por la dosis empleada. No obstante, el uso de plantas como biofábricas de medicamentos tiene un futuro prometedor.
Para Saber Más:
Ambriz-Pérez D.L., Leyva-López N., Gutierrez-Grijalva E.P. y Heredia J.B. (2016). Phenolic compounds: Natural alternative in inflammation treatment. A Review. Cogent Food & Agriculture, 2(1):1131412.
https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/23311932.2015.1131412
Ávalos-García A. y Pérez-Urria E. (2009). Metabolismo secundario de plantas. Reduca (Biología). Serie Fisiología Vegetal. 2 (3): 119-145. http://www.revistareduca.es/index.php/biologia/article/view/798/814.
GMO tomato as edible COVID vaccine? Mexican scientists work to make it a reality. Disponible en: https://allianceforscience.cornell.edu/blog/2020/05/gmo-tomato-as-edible-covid-vaccine-mexican-scientists-work-to-make-it-a-reality/.
Rup B., Alon S., Amit-Cohen B.Ch., Almon E.B., Chertkoff R., Tekoah Y., Rudd P.M. (2017). Immunogenicity of Glycans on Biotherapeutic Drugs Produced in Plant Expression systems-The Taliglucerase Alfa Story.
https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0186211
D.C. Dulce Libna Ambriz Pérez, Profesora en la Universidad Politécnica de Sinaloa, desarrolla investigaciones en el área de compuestos de valor agregado.
Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo.
Dr. en Biotecnología David Ulises Santos Ballardo, Profesor Investigador en la Maestría en Ciencias Aplicadas de la Universidad Politécnica de Sinaloa, México.
Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo.