Plantas como biorreactores
Páginas: 8 (1882 palabras)
Publicado: 12 de enero de 2011
XXX Aniversario de Biotecnología y Bioingeniería
Plantas como biorreactores para la producción de biomoléculas y remoción de xenobióticos
G. Calva-Calva, F. Esparza García, J. Pérez Vargas, V. M. Martínez Juárez, S. Silva Cervantes y C. López Sánchez
Los considerables adelantos de la última década en el área de la biotecnología vegetal molecular han dado la oportunidad de que las plantaspuedan concebirse como verdaderos biorreactores para la producción de metabolitos secundarios o productos naturales y de otras biomoléculas como anticuerpos1,2, antígenos3,4 y proteínas5,6, así como para la remoción de xenobióticos, compuestos tóxicos para el medio ambiente7. Este artículo hace una remembranza de como la manipulación genética y molecular del metabolismo secundario ha dado lugar aesas oportunidades y espontáneamente a nuevas estrategias experimentales y procesos biotecnológicos para la obtención de productos naturales y transgénicos.
La falsa promesa
Las plantas han sido la principal fuente de alimentos y de metabolitos secundarios o productos naturales desde tiempos prehistóricos8. Estos compuestos, que pueden ser fármacos, insecticidas, saborizantes, aromas ycolorantes, se utilizan comunmente como materias primas o principios activos en la industria química, farmacéutica, agrícola y alimentaria (tabla 1). Sin embargo, debido a los problemas ambientales provocados por el hombre y a la sobreexplotación de las fuentes naturales, muchas especies vegetales están en peligro de extinción o se han extinguido ya. Es comprensible entonces que se esté realizando un granesfuerzo para obtener estos compuestos usando técnicas alternativas a las naturales, como el cultivo de células, tejidos y órganos vegetales en bio307
Los autores son miembros del Departamento de Biotecnología y Bioingeniería del Cinvestav. Dirección electrónica: fesparza@mail.cinvestav.mx
Avance y Perspectiva vol. 21
Tabla 1. Productos naturales e industria de aplicación.
IndustriaQuímica Producto Diosgenina Shikonina Solasodina Codeína Quinina Digoxina Escopolamina Vincristina Trigonelina Shikonina Ginsenósido Capsaicina Capsaicina Planta Dioscorea deltoidea Lithospermum erythrorhizon Solanum chrysotrichum Papaver somniferum Cinchona ledgeriana Digitalis lanata Datura stramonium Catharanthus roseus Trigonella foenum-graecum Lithospermum erythrorhizon Panax ginseng Capsicumspp. Capsicum spp. Aplicación Síntesis de anticonceptivos Precursor de antraquinonas Síntesis de esteroides Analgésico Antipalúdico Cardiotónico Antihipertensivo Anticancerígeno Anticancerígeno Pigmento Saborizante Saborizante Insecticida
Farmacéutica
Alimentaria
Agrícola
rreactores que se han investigado ampliamente durante los últimos 30 años. Estas técnicas, que inicialmente incluíancultivos sumergidos de células en suspensión, células inmovilizadas, brotes, embriones y raíces9,11, posteriormente abarcaron cultivos de células y raíces transformadas y la obtención de plantas transgénicas2,5. El potencial del cultivo de células, tejidos u órganos vegetales en biorreactores, de manera similar a los procesos de fermentación con microorganismos, para la producción de metabolitossecundarios o productos naturales fue demostrado plenamente por Zenk y sus colaboradores en 1976. Lograron establecer cultivos de células en suspensión de Catharanthus roseus capaces de producir serpentina y ajmalicina, dos alcaloides del indol característicos de esta planta9. Algunas de las ventajas de los cultivos de células vegetales respecto a las técnicas agrícolas tradicionales que han sidoenumeradas por diversos autores10,11 son: (1) independencia de las variaciones de factores climáticos, (2) sistemas de producción definidos y constantes, (3) consistencia en los rendimientos y la calidad del producto, (4) mínimas necesidades de espacio para el desarrollo de la producción, (5) población celular uniforme y facilidad de extracción del producto, (6) independencia de aspectos...
Plantas como biorreactores para la producción de biomoléculas y remoción de xenobióticos
G. Calva-Calva, F. Esparza García, J. Pérez Vargas, V. M. Martínez Juárez, S. Silva Cervantes y C. López Sánchez
Los considerables adelantos de la última década en el área de la biotecnología vegetal molecular han dado la oportunidad de que las plantaspuedan concebirse como verdaderos biorreactores para la producción de metabolitos secundarios o productos naturales y de otras biomoléculas como anticuerpos1,2, antígenos3,4 y proteínas5,6, así como para la remoción de xenobióticos, compuestos tóxicos para el medio ambiente7. Este artículo hace una remembranza de como la manipulación genética y molecular del metabolismo secundario ha dado lugar aesas oportunidades y espontáneamente a nuevas estrategias experimentales y procesos biotecnológicos para la obtención de productos naturales y transgénicos.
La falsa promesa
Las plantas han sido la principal fuente de alimentos y de metabolitos secundarios o productos naturales desde tiempos prehistóricos8. Estos compuestos, que pueden ser fármacos, insecticidas, saborizantes, aromas ycolorantes, se utilizan comunmente como materias primas o principios activos en la industria química, farmacéutica, agrícola y alimentaria (tabla 1). Sin embargo, debido a los problemas ambientales provocados por el hombre y a la sobreexplotación de las fuentes naturales, muchas especies vegetales están en peligro de extinción o se han extinguido ya. Es comprensible entonces que se esté realizando un granesfuerzo para obtener estos compuestos usando técnicas alternativas a las naturales, como el cultivo de células, tejidos y órganos vegetales en bio307
Los autores son miembros del Departamento de Biotecnología y Bioingeniería del Cinvestav. Dirección electrónica: fesparza@mail.cinvestav.mx
Avance y Perspectiva vol. 21
Tabla 1. Productos naturales e industria de aplicación.
IndustriaQuímica Producto Diosgenina Shikonina Solasodina Codeína Quinina Digoxina Escopolamina Vincristina Trigonelina Shikonina Ginsenósido Capsaicina Capsaicina Planta Dioscorea deltoidea Lithospermum erythrorhizon Solanum chrysotrichum Papaver somniferum Cinchona ledgeriana Digitalis lanata Datura stramonium Catharanthus roseus Trigonella foenum-graecum Lithospermum erythrorhizon Panax ginseng Capsicumspp. Capsicum spp. Aplicación Síntesis de anticonceptivos Precursor de antraquinonas Síntesis de esteroides Analgésico Antipalúdico Cardiotónico Antihipertensivo Anticancerígeno Anticancerígeno Pigmento Saborizante Saborizante Insecticida
Farmacéutica
Alimentaria
Agrícola
rreactores que se han investigado ampliamente durante los últimos 30 años. Estas técnicas, que inicialmente incluíancultivos sumergidos de células en suspensión, células inmovilizadas, brotes, embriones y raíces9,11, posteriormente abarcaron cultivos de células y raíces transformadas y la obtención de plantas transgénicas2,5. El potencial del cultivo de células, tejidos u órganos vegetales en biorreactores, de manera similar a los procesos de fermentación con microorganismos, para la producción de metabolitossecundarios o productos naturales fue demostrado plenamente por Zenk y sus colaboradores en 1976. Lograron establecer cultivos de células en suspensión de Catharanthus roseus capaces de producir serpentina y ajmalicina, dos alcaloides del indol característicos de esta planta9. Algunas de las ventajas de los cultivos de células vegetales respecto a las técnicas agrícolas tradicionales que han sidoenumeradas por diversos autores10,11 son: (1) independencia de las variaciones de factores climáticos, (2) sistemas de producción definidos y constantes, (3) consistencia en los rendimientos y la calidad del producto, (4) mínimas necesidades de espacio para el desarrollo de la producción, (5) población celular uniforme y facilidad de extracción del producto, (6) independencia de aspectos...
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