Desde la década de 1960, el fármaco noscapina se ha utilizado en muchas partes del mundo como un antitusígeno no narcótico. Recientemente, los investigadores biomédicos han descubierto que la noscapina (y los derivados modificados químicamente de este fármaco) tiene potencial como fármaco contra el cáncer. Y eso no es nada menospreciable.
El uso de esta droga durante casi medio siglo como supresor de la tos significa que ya se ha establecido la seguridad de la noscapina. De hecho, los estudios preclínicos indican que la noscapina tiene menos efectos secundarios que muchos medicamentos contra el cáncer.
Desafortunadamente, la fuente de noscapina son las amapolas de opio. Aunque decenas de toneladas de noscapina se aíslan cada año de miles de toneladas de materia prima vegetal, los ingenieros bioquímicos se preguntan si la línea de suministro agrícola puede satisfacer la demanda adicional si la noscapina encuentra uso como agente anticancerígeno. Las estimaciones indican que la cantidad de noscapina necesaria para los tratamientos contra el cáncer sería aproximadamente diez veces mayor a la cantidad que se produce actualmente para su uso como antitusígeno. Para complicar las cosas, están las extensas regulaciones y los trámites burocráticos asociados con el cultivo de plantas de amapola y la extracción de materiales químicos de ellas.
Se necesita aproximadamente 1 año para cultivar plantas de amapola maduras. Y una vez cultivada, el proceso de aislamiento de noscapina pura requiere mucho tiempo y es costoso. Esta droga debe separarse de los narcóticos y otras sustancias químicas que se encuentran en el extracto de opio y luego purificarse. Debido a que las plantas de amapola son un producto agrícola, se producen variaciones considerables de lote a lote para los suministros de noscapina.
Los químicos han desarrollado procesos sintéticos para hacer noscapina. Pero estos procesos químicos son demasiado complejos y costosos para aumentar la producción a gran escala de este fármaco.
Pero los investigadores de la Universidad de Stanford creen que han encontrado una solución al problema del suministro de noscapina. Han modificado genéticamente la levadura de cerveza para producir grandes cantidades de noscapina.1 Este trabajo demuestra el poder de la biología sintética para resolver algunos de los problemas más apremiantes del mundo. Pero, la importancia de este trabajo se extiende más allá de la ciencia y la tecnología. Este trabajo también tiene importantes implicaciones teológicas. Este trabajo proporciona una prueba empírica de que la agencia inteligente es necesaria para la transformación a gran escala de las formas de vida.
Levadura modificada genéticamente
Para modificar la levadura de cerveza para producir noscapina, el equipo de investigación de la Universidad de Stanford tuvo que: 1) primero, construir una ruta biosintética que convertiría compuestos simples que contienen carbono y nitrógeno en noscapina, y luego, 2) agregar genes al genoma de la levadura que produciría las enzimas necesarias para llevar a cabo esta transformación. Específicamente, agregaron 25 genes de plantas, bacterias y mamíferos al genoma de este microbio. Además de las adiciones de genes, también tuvieron que modificar 6 de los genes en el genoma de la levadura.
Las rutas biosintéticas que producen moléculas complejas como la noscapina pueden ser bastante elaboradas. Las enzimas forman estas rutas. Estas máquinas de proteínas unen moléculas y las convierten en nuevos materiales mediante la facilitación de reacciones químicas. En las rutas biosintéticas, la molécula inicial es modificada por la primera enzima de la ruta y, después de su transformación, se transporta a la segunda enzima de la ruta. Este proceso continúa hasta que la molécula original se convierte paso a paso en el producto final.
Diseñar una ruta biosintética desde cero sería casi imposible. Afortunadamente, el equipo de Stanford aprovechó el trabajo previo realizado por otros científicos de la vida que han caracterizado las reacciones metabólicas que producen noscapina en las amapolas de opio. Estos investigadores pioneros han identificado un grupo de 10 genes que codifican enzimas que trabajan en colaboración para convertir el compuesto scoulerina en noscapina.
Los investigadores de la Universidad de Stanford utilizaron estos 10 genes de amapola como base para la ruta biosintética de noscapina que diseñaron. Ellos ampliaron esta ruta biosintética mediante el uso de genes que codifican las enzimas que convierten la glucosa en reticulina. Este compuesto se convierte en scoulerina por la enzima puente de berberina. Descubrieron que la conversión de glucosa en reticulina es complicada porque uno de los compuestos intermediarios en la ruta es la dopamina. Los científicos de la vida no tienen una buena comprensión de cómo se produce este compuesto en las amapolas, por lo que usaron los genes de ratas que codifican las enzimas para producir dopamina.
Descubrieron que cuando agregaron todos estos genes a la levadura, estos microbios modificados produjeron noscapina, pero en niveles muy bajos. En este punto, el equipo de investigación llevó a cabo una serie de pasos para optimizar la producción de noscapina, que incluyeron:
Alterar genéticamente algunas de las enzimas en la ruta biosintética de la noscapina para mejorar su eficiencia
Manipular otras rutas metabólicas (al alterar la expresión de los genes que codifican enzimas en estas rutas metabólicas) para desviar la máxima cantidad de intermediarios metabólicos hacia la ruta de la noscapina recién construida.
Variar los medios utilizados para cultivar la levadura.
Estos pasos llevaron a una mejora de 18.000 veces en la producción de noscapina.
Con este logro, la comunidad científica está un paso más cerca de tener una fuente comercialmente viable de noscapina.
Biología sintética y el caso de un creador
Sin duda, la ingeniería de la levadura de cerveza para producir noscapina es ciencia en su máxima expresión. El nivel de ingenio mostrado por el equipo de investigación de la Universidad de Stanford es digno de contemplar. Y es por esta razón que sostengo que este logro (junto con otros trabajos en biología sintética) brinda evidencia empírica de que un Creador debe desempeñar un papel en el origen, la historia y el diseño de la vida.
En resumen, estos investigadores demostraron que se requiere una agencia inteligente para originar nuevas capacidades metabólicas en un organismo. Este trabajo también ilustra el nivel de ingenio necesario para optimizar una ruta metabólica una vez que está en su lugar.
Basándose en cientos de años de conocimiento científico, estos investigadores diseñaron racionalmente la nueva ruta metabólica de la noscapina. Luego, desarrollaron una elaborada estrategia experimental para introducir esta ruta en la levadura. Y luego, se necesitaron biólogos moleculares altamente capacitados para ir al laboratorio y llevar a cabo la estrategia experimental, en condiciones altamente controladas, utilizando equipos que fueron diseñados para ese propósito. Y, posteriormente, los investigadores emplearon estrategias de diseño racional para optimizar la producción de noscapina.
Dada la cantidad de perspicacia, ingenio y habilidad que se necesitó para diseñar y optimizar la ruta metabólica de la noscapina en la levadura, ¿es razonable pensar que los procesos evolutivos históricamente contingentes, no guiados produjeron los procesos metabólicos de la vida?
Yanran Li et al., “Complete Biosynthesis of Noscapine and Halogenated Alkaloids in Yeast,” Proceedings of the National Academy of Sciences, USA(2018), doi: 10.1073/pnas.1721469115.
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