Los investigadores insertaron algunos genes de acónito y espuela de caballero en hojas de tabaco y los pusieron a trabajar. Seis enzimas han reconstruido los pasos iniciales de la vía que conduce aatisinioun alcaloide vegetal con una estructura particularmente compleja. El tabaco, por una vez, recibió una asignación mejor que de costumbre.
El resultado fue obtenido por un equipo de la Universidad Estatal de Michigan y la Academia Checa de Ciencias, que estudió Delfinio grandiflorumuna especie de espuela de caballero, y Aconitum plicatumperteneciente al género del acónito. La investigación, publicada en la revista científica Planta molecularidentificaron seis pasos enzimáticos compartidos por las dos plantas y produjeron un intermediario clave de la vía biosintética en un organismo huésped. De las hojas no ha surgido ninguna droga y el acónito sigue siendo venenoso: ahora sabemos mejor cómo construye algunas de sus moléculas.
Seis enzimas escondidas entre miles de genes
El acónito y la espuela de caballero producen alcaloides diterpénicos, sustancias en las que se unen dos grandes familias de la química vegetal: los terpenos y los alcaloides. Algunos de estos compuestos se estudian por sus actividades biológicas y farmacológicas; otros pueden causar neurotoxicidad, parálisis e intoxicaciones graves. La relación química por sí sola no convierte a una molécula en un medicamento. Las decisiones se toman por dosis, estructura, objetivo biológico y una serie de pruebas que aún deben comenzar aquí.
Para seguir un camino tan complejo, los investigadores compararon los genes activos en diferentes tejidos y en las dos especies. Buscaron aquellas que se encendieran juntas justo cuando las plantas producían los alcaloides. De miles de candidatas surgieron dos enzimas que construyen el esqueleto inicial de la molécula, tres citocromo P450 que la modifican y una reductasa con características poco comunes. Seis trabajadores, cada uno colocado en el punto exacto de la línea de montaje. Si uno se salta un turno, lo que venga a continuación permanecerá en la mitad de la mesa.
Los genes seleccionados fueron transferidos a Nicotiana benthamianaun pariente del tabaco que se utiliza a menudo en la investigación de plantas porque permite que se produzcan rápidamente proteínas extrañas. Dentro de sus hojas, las enzimas repitieron parte de la química del acónito y la espuela de caballero, lo que permitió al equipo observar intermediarios que aparecen lentamente y en pequeñas cantidades en las plantas originales.
El experimento no completó por sí solo toda la producción de atisinio, como sugieren algunas reconstrucciones entusiastas de la noticia. Identificó los pasos de entrada a la vía y produjo un intermediario clave en un organismo distinto de las dos plantas. Parece un matiz. En el laboratorio separa un camino que finalmente es visible de un fármaco que aún no existe.
El nitrógeno provino de la molécula menos sospechosa.
La sorpresa más interesante estaba escondida en un solo átomo de nitrógeno. Muchos alcaloides diterpénicos contienen una fracción química que había llevado a la gente a pensar en la etilamina como materia prima. La reductasa identificada por los investigadores prefirió la etanolamina, una sustancia similar en nombre y lo suficientemente diferente como para desbaratar la reconstrucción de todo el proceso.
El equipo verificó la fuente del nitrógeno mediante el uso de moléculas marcadas con isótopos en cultivos celulares de Acónito. Estas etiquetas le permiten seguir los átomos mientras pasan de una sustancia a otra. Los análisis metabolómicos indicaron que la etanolamina es la fuente preferida para la mayoría de los alcaloides diterpénicos detectados. La planta toma una materia prima, la incorpora tempranamente y la transforma en pasos posteriores, dejando una huella en el producto terminado que parece venir de otra parte. La química vegetal sabe engañar sin siquiera intentarlo.
Conocer este origen es importante, especialmente cuando se transfiere la vía a otro organismo. Puedes tener las enzimas adecuadas, la temperatura adecuada y un tabaco perfectamente cooperativo; al ofrecer la fuente de nitrógeno equivocada a la cadena, la molécula esperada simplemente sigue sin aparecer.
Un segundo estudio completó la cadena
En el mismo archivo que Planta molecularinmediatamente después del trabajo americano y checo, aparece un segundo estudio realizado sobre laAconitum gimnandrum. El grupo coordinado por el Instituto de Materia Médica de Pekín ha identificado cuatro enzimas capaces de transformarent-atiserene, el esqueleto inicial, en atisinium. La vía completa se ha reproducido en tabaco y levadura.
Cuatro enzimas en el segundo estudio, seis en el primero. Las cuentas parten de dos puntos diferentes. El grupo chino-japonés partió deent-atiserene ya disponible y siguió transformaciones posteriores a través de tres citocromos P450 y una reductasa. En cambio, el primer trabajo también incluye las dos enzimas necesarias para construir ese esqueleto inicial. Dos entradas al mismo taller, la segunda llega hasta la salida.
El equipo también silenció uno de los genes directamente en el acónito y observó una reducción en los productos de la vía. El control sirve para comprobar que las enzimas puestas a trabajar en el tabaco y la levadura realmente desempeñan esa función también en la planta original. La secuencia reconstruida en el laboratorio, por tanto, no es sólo un montaje que funciona por casualidad fuera de casa.
¿Por qué transferir un veneno al tabaco?
Los alcaloides diterpénicos son difíciles de obtener. Las plantas producen pequeñas cantidades, la extracción requiere mucho material y las estructuras tridimensionales complican la síntesis química. Transferir los genes a organismos más manejables le permite producir los intermedios sin cultivar campos de acónito y modificarlos paso a paso para comprender qué sucede.
Este es el resultado concreto de hoy: nuevas herramientas para estudiar moléculas vegetales raras, verificar sus efectos, medir su toxicidad e intentar construir diferentes derivados. La familia de los alcaloides diterpénicos incluye sustancias examinadas contra el dolor, los parásitos, la malaria y las células tumorales, mediante experimentos muy diferentes. Atribuir todas estas propiedades al atisinio sería un salto que los dos estudios no dan.
Para llegar a un medicamento, serán necesarios compuestos producidos en cantidades suficientes, pruebas en células y animales, estudios farmacológicos y evaluaciones de seguridad. También puede surgir que el atisinio sea útil principalmente como un paso en la construcción de alcaloides más elaborados, más que como un ingrediente activo en sí mismo. El acónito y la espuela de caballero siguen siendo plantas que deben tratarse con precaución, lejos de cualquier remedio casero improvisado. Sin embargo, su receta molecular ya no pertenece únicamente a la flor.
