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Esfuerzos de tratamiento para COVID-19 utilizando plantas e ingeniería genética

vacuna contra coronavirus

La profesora Nicole Steinmetz de la UC-San Diego planea usar un virus vegetal que infecta leguminosas y modificarlo genéticamente para que se vea como el nuevo coronavirus (SARS-COV-2) a fin de desarrollar una vacuna. | Imagen: UC-San Diego

No te pierdas esta nueva revisión de potenciales fármacos, kits de detección y vacunas contra COVID-19 que se están desarrollando en plantas (e incluso algas) mediante ingeniería genética.

ISAAA / 14 de mayo de 2020.- En diciembre de 2019, la ciudad de Wuhan en China se convirtió en el epicentro de un brote de enfermedad respiratoria con orígenes misteriosos, que se extendió a muchos países de inmediato. Para investigar el asunto y controlar el despliegue de la enfermedad, los pacientes sospechosos e infectados se aislaron, se realizaron registros de contacto y se recopilaron datos clínicos y epidemiológicos detallados. Estos esfuerzos llevaron a los expertos chinos a encontrar la causa de la enfermedad: una nueva cepa de coronavirus de grupos de pacientes en Wuhan. Se cree que el brote se originó en un mercado local en la ciudad que vende animales salvajes como alimento [1].

Los coronavirus son una gran familia de virus. Algunos de los virus causan enfermedades entre los humanos, mientras que otros entre animales como los camellos, el ganado, los gatos y los murciélagos. Algunos coronavirus animales evolucionan para infectar a los humanos, como los que causaron brotes de SARS, MERS y COVID-19.

El 11 de marzo de 2020, la Organización Mundial de la Salud (OMS) caracterizó a COVID-19 como una pandemia [2]. En mayo de 2020, el número de casos reportados a nivel mundial alcanzó cerca de 4 millones, con alrededor de 300,000 muertes [3].

Se plantearon preguntas sobre el origen del virus COVID-19 (SARS-CoV-2), y algunos incluso especularon que el virus sería producto de la ingeniería genética. En un artículo de Nature Medicine, científicos de Estados Unidos, Reino Unido y Australia informaron que la secuencia del genoma del virus COVID-19 evolucionó naturalmente borrando el mito popular [4].

Al igual que otros virus, el virus COVID-19 se propaga a través de gotas de saliva o secreción nasal. Las personas infectadas experimentan una enfermedad respiratoria leve a moderada y pueden recuperarse sin medicamentos. Sin embargo, los pacientes mayores con problemas médicos subyacentes como enfermedades cardíacas, diabetes, cáncer, hipertensión y enfermedades respiratorias crónicas tienen más probabilidades de desarrollar enfermedades graves.

Por lo tanto, los científicos de diversos campos de todo el mundo están trabajando duro para encontrar tratamientos efectivos para frenar la pandemia.

Diagnóstico: Kits de prueba con CRISPR y algas

La prueba COVID-19 se realiza a través de diversos medios en diferentes países. Algunos métodos detectan la presencia del virus en sí a través de RT-PCR y amplificación de ácido nucleico isotérmico, mientras que otras pruebas detectan anticuerpos producidos como reacción a la infección [5].

El método de reacción en cadena de la polimerasa (PCR) se considera la prueba estándar para el diagnóstico de enfermedades, sin embargo, requiere un equipo costoso y mano de obra bien informada. Debido a esto, los investigadores del Departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Connecticut desarrollaron el “CRISPR-Cas12a Dual todo en uno” (AIOD-CRISPR), una plataforma de diagnóstico basada en CRISPR de bajo costo para detectar enfermedades infecciosas, incluido el virus COVID-19. La tecnología CRISPR se usa en casi todos los organismos, pero sus primeras aplicaciones fueron en plantas.

El kit de prueba AIOD-CRISPR está diseñado para su uso en el hogar o en clínicas pequeñas, lo que reduce el riesgo de transmisión de enfermedades. En comparación con PCR, el sistema AIOD-CRISPR tiene mejor sensibilidad y especificidad. El kit de prueba detectó con éxito el ADN y el ARN del SARS-CoV-2 y el VIH [6].

Western University y Suncor están desarrollando kits de pruebas serológicas para COVID-19 utilizando algas como una fábrica de producción para producir las proteínas vitales para la identificación de anticuerpos. Las algas son protistas similares a plantas que habitan en ambientes acuáticos. Las pruebas actuales se basan en proteínas desarrolladas en células de insectos o mamíferos, que son caras y difíciles de escalar. Las algas son una mejor alternativa biofábrica porque son fáciles de cultivar y pueden modificarse fácilmente para producir las proteínas virales [7].

[Recomendado: ¿Ciencia al rescate? Cómo la genética moderna podría ayudar a salvar al mundo del coronavirus]

Terapéutica: Posibles tratamientos en base a plantas

Los estudios han demostrado que la secuencia del genoma del SARS-CoV-2 es muy similar al genoma del SARS-CoV, que causó estragos en 26 países en 2003. Por lo tanto, los investigadores de la Universidad de Guangxi y la Universidad Agrícola de Huazhong utilizaron un modelo de homología 3D de la secuencia y lo usaron para seleccionar una biblioteca de plantas medicinales con 32,297 fitoquímicos antivirales potenciales y compuestos medicinales tradicionales chinos. Esto los llevó a 9 moléculas vegetales específicas que pueden usarse para desarrollar fármacos contra COVID-19 (Tabla 1) [8].

Tabla 1. Fitoquímicos potenciales para el desarrollo de fármacos antivirales

Nombre fitoquímico (inglés)Fuente Vegetal
5,7,3′,4′-Tetrahydroxy-2′-(3,3-dimethylallyl) isoflavoneMojave arbusto indigo (Psorothamnus arborescens)
MyricitrinMirto de cera (Myrica cerifera)
Methyl rosmarinateMarubio oscuro (Hyptis atrorubens Poit)
3,5,7,3′,4′,5′-hexahydroxy flavanone-3-O-beta-D-glucopyranosidePoroto común (Phaseolus vulgaris)
(2S)-Eriodictyol 7-O-(6″-O-galloyl)-beta-D-glucopyranosideGrosella espinosa india(Phyllanthus emblica)
Calceolarioside BCeniza de floración chins (Fraxinus sieboldiana)
Myricetin 3-O-beta-D-glucopyranosideÁrbol del té (Camellia sinensis)
LicoleafolRegaliz chino (Glycyrrhiza uralensis)
AmaranthinAmaranto comestible (Amaranthus tricolor)

En otro estudio, investigadores de Indonesia utilizaron el acoplamiento molecular para buscar posibles inhibidores de la proteasa principal COVID-19 (Mpro), que es un posible objetivo farmacológico. Buscaron compuestos bioactivos de plantas medicinales y descubrieron que el nelfinavir y el lopinavir pueden representar posibles opciones de tratamiento, mientras que el luteolin-7-glucósido, la demetoxicurcumina, la apigenina-7-glucósido, la oleuropeína, la curcumina, la catequina y el galato de epicatequina tienen el mejor potencial para actuar como inhibidores de Mpro COVID-19. Se necesitan más estudios para confirmar su posible uso medicinal [9].

Otro estudio de acoplamiento molecular en la Universidad de Maragheh condujo a nueve medicamentos neutros y de bajo riesgo que tienen actividades inhibitorias contra la nueva proteasa COVID-19. Estos son timoquinona, salvinorina A, bilobalida, citral, mentol, noscapina, forscolina, beta selineno y ginkgólido A, que tiene un enlace más fuerte y alta afinidad con la proteasa, entre otros [10].

Vacunas: uso de plantas como biofábricas

Se sabe que las vacunas son el método más rentable y eficaz para disminuir la carga de morbilidad de las enfermedades infecciosas. Por lo tanto, los expertos se esfuerzan por desarrollar una vacuna eficaz para combatir la propagación de COVID-19. Esto incluye las vacunas derivadas de plantas, que pueden producirse con menor costo en grandes cantidades, las plantas portadoras son aceptadas fácilmente por los pacientes y los antígenos derivados de ellas son estables y pueden almacenarse durante mucho tiempo [11].

Un equipo de investigadores de la Universidad Tecnológica de Queensland dirigió la secuenciación del genoma de una planta de tabaco nativa (Nicotiana benthamiana) años antes de que estallara la pandemia COVID-19. Ahora, utilizaron la secuencia del genoma de la planta en el desarrollo de una vacuna para COVID-19. La planta es un buen candidato como biofábrica debido a su potencial para producir grandes cantidades de vacunas y anticuerpos de alta calidad, teniendo en cuenta que tiene 60,000 genes, lo cual es el doble del número de genes de una planta ordinaria [12].

Medicago, una compañía biofarmacéutica con sede en Canadá, ha desarrollado con éxito una partícula similar al virus (VLP) del coronavirus 20 días después de obtener la secuencia genética SARS-CoV-2 utilizando tecnología patentada basada en plantas. Obtener el VLP es el paso inicial hacia el desarrollo de una vacuna para COVID-19, que será seguido por pruebas preclínicas de seguridad y eficacia. En lugar de utilizar métodos basados ​​en huevo de gallina para desarrollar vacunas, su tecnología inserta una secuencia genética en Agrobacterium, una bacteria común del suelo que las plantas absorben. Luego, la planta produce la proteína que puede servir como vacuna [13].

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British American Tobacco, a través de su filial de biotecnología en los Estados Unidos, Kentucky BioProcessing (KBP), está desarrollando una vacuna potencial para COVID-19 y actualmente se encuentra en pruebas preclínicas. Los expertos de KBP clonaron una parte de la secuencia genética del SARS-CoV-2 que utilizaron para desarrollar un posible antígeno. Luego, el antígeno se insertó en las plantas de tabaco para su reproducción. En comparación con los métodos convencionales, el uso del tabaco como biofábrica se considera más seguro porque las plantas no pueden albergar patógenos que pueden causar enfermedades y alergias humanas. El tiempo de producción también es más rápido porque los elementos de la vacuna se acumulan en las plantas de tabaco mucho más rápido, seis semanas en particular, en comparación con varios meses que utilizan métodos convencionales. La formulación de la vacuna puede almacenarse a temperatura ambiente, a diferencia de las vacunas convencionales que deben almacenarse a baja temperatura. Además, posiblemente puede ofrecer una respuesta inmune efectiva en solo una dosis [14].

Los nanoingenieros de la Universidad de California en San Diego están explorando el uso de un virus vegetal para desarrollar una vacuna COVID-19 que puede enviarse a cualquier parte del mundo sin necesidad de refrigeración. El equipo está utilizando un virus vegetal que infecta las legumbres, por lo tanto, no es infeccioso para los humanos. Modifican genéticamente el virus para que se vea como el virus COVID-19 y luego se colocan firmas moleculares específicas del SARS-CoV-2 en la superficie del virus para estimular la respuesta inmune [15].

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Esfuerzos mundiales para combatir la crisis por COVID-19

Para acelerar el desarrollo, la producción y el acceso equitativo a las nuevas tecnologías esenciales de salud de COVID-19, la OMS lanzó una colaboración global entre los actores de la salud, los socios del sector privado y otras instituciones involucradas en todo el mundo el 4 de mayo de 2020. Hicieron un llamado a la comunidad global y líderes políticos para apoyar su misión y solicitaron los recursos necesarios para acelerar el logro de sus objetivos. Los actores mundiales de la salud, incluidos la OMS, la Fundación Bill y Melinda Gates, la Coalición para las innovaciones en preparación para epidemias, la Alianza mundial para vacunas e inmunización, el Fondo mundial, Unitaid y Wellcome Trust, y sus socios, declararon su compromiso de rendir cuentas al mundo, a las comunidades y entre sí para perseguir su objetivo compartido [16].

Hay alrededor de 800 millones de personas que padecen hambre crónica antes de la crisis de COVID-19 y se espera que este número aumente drásticamente. Por lo tanto, es necesario asegurar medidas deliberadas para evitar que la pandemia por COVID-19 se convierta en una crisis alimentaria y humanitaria mundial. Esto llevó a las principales empresas, grupos de agricultores, la industria, la academia y las organizaciones no gubernamentales a pedir a los líderes mundiales que creen medidas de respuesta para minimizar los riesgos de la pandemia en el suministro de alimentos. Sus acciones clave incluyen mantener abierto el mercado mundial para el comercio, mejorar el apoyo a las personas propensas a la desnutrición, e invertir en sistemas alimentarios sostenibles y resistentes [17,18]. En línea con esto, la Federación Internacional de Semillas también pidió a los gobiernos que faciliten el movimiento internacional de semillas durante la crisis para evitar interrumpir la cadena de suministro agrícola [19].

Al escribir estas líneas, los patógenos como los coronavirus continúan evolucionando a través del tiempo, los científicos se ven obligados a duplicar sus esfuerzos para combatir enfermedades, particularmente COVID-19, con la ayuda de cada instrumento en nuestra caja de herramientas de tecnología de salud global. Es imperativo que la mejor vacuna y la mejor terapia médica estén disponibles y accesibles de inmediato para controlar la enfermedad y evitar más daños a la población y la economía.

Referencias

  1. Nicks, Bret A. and Olivia Wong. 2020. Coronavirus Disease 2019 (COVID-19): A Global Crisis. https://reference.medscape.com/slideshow/2019-novel-coronavirus-6012559.
  2. World Health Organization. WHO Timeline – COVID-19. https://www.who.int/news-room/detail/27-04-2020-who-timeline—covid-19.
  3. WHO. 2020. Coronavirus Disease (COVID-19) Dashboard. https://covid19.who.int/.
  4. Crop Biotech Update. 2020. Scientists Say COVID-19 Coronavirus Has Natural Origins. http://www.isaaa.org/kc/cropbiotechupdate/article/default.asp?ID=18040.
  5. Abbasi, Jennifer. 2020. The Promise and Peril of Antibody Testing for COVID-19. https://jamanetwork.com/journals/jama/fullarticle/2764954.
  6. Crop Biotech Update. 2020. UConn Researcher Develops Simple, Low-Cost CRISPR-based Diagnostic Test for COVID-19. http://www.isaaa.org/kc/cropbiotechupdate/article/default.asp?ID=18041.
  7. Crop Biotech Update. 2020. Canadian Researchers Use Algae to Produce COVID-19 Test Kits. http://www.isaaa.org/kc/cropbiotechupdate/article/default.asp?ID=18103.
  8. Qamar, Muhammad Tahir Ul, Safar M. Alqahtani, Mubarak A. Alamri, and Ling-Ling Chen. 2020 Structural Basis of SARS-CoV-2 3CLpro and Anti-COVID-19 Drug Discovery from Medicinal Plants. Journal of Pharmaceutical Analysis. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095177920301271#!.
  9. Khaerunnisa, Siti, Rizki Awaluddin, and Hendra Kurniawan. 2020. Potential Inhibitor of COVID-19 Main Protease (Mpro) From Several Medicinal Plant Compounds by Molecular Docking Study. https://lavierebelle.org/IMG/pdf/2020_potential_inhibitor_of_covid-19_main_protease_from_several_medicinal_plant_compounds.pdf.
  10. Shaghaghi, Neda. 2020. Molecular Docking Study of Novel COVID-19 Protease with Low Risk Terpenoides Compounds of Plants. https://chemrxiv.org/articles/Molecular_Docking_Study_of_Novel_COVID-19_Protease_with_Low_Risk_Terpenoides_Compounds_of_Plants/11935722.
  11. WHO. 2015. Plant-derived Vaccines. https://www.who.int/biologicals/vaccines/plant_derived_vaccines/en/.
  12. Crop Biotech Update. 2020. Native Australian Plant Paves Way for Vaccine Development Against COVID-19. http://www.isaaa.org/kc/cropbiotechupdate/article/default.asp?ID=18054.
  13. Crop Biotech Update. 2020. Viable Vaccine Candidate for COVID-19 Developed Using Proprietary Plant-based Technology. http://www.isaaa.org/kc/cropbiotechupdate/article/default.asp?ID=18028.
  14. Crop Biotech Update. 2020. COVID-19 Vaccine Development Using New, Fast-Growing Tobacco Plant Technology. http://www.isaaa.org/kc/cropbiotechupdate/article/default.asp?ID=18081
  15. Crop Biotech Update. 2020. Nanoengineers Combine Molecular Farming and Advanced Manufacturing to Develop COVID-19 Vaccine. http://www.isaaa.org/kc/cropbiotechupdate/article/default.asp?ID=18090
  16. WHO. 2020. A Global Collaboration to Accelerate the Development, Production and Equitable Access to New COVID-19 diagnostics, therapeutics and vaccines. https://www.who.int/news-room/detail/24-04-2020-commitment-and-call-to-action-global-collaboration-to-accelerate-new-covid-19-health-technologies.
  17. The Food and Land Use Coalition. 2020. A Call to Action for World Leaders. https://www.foodandlandusecoalition.org/a-call-to-action-for-world-leaders/.
  18. Crop Biotech Update. 2020. A Call to Action for World Leaders: Prevent Global Food Security Crisis in COVID-19 Fight. http://www.isaaa.org/kc/cropbiotechupdate/article/default.asp?ID=18079.
  19. Crop Biotech Update. 2020. International Seed Federation Calls on Governments to Facilitate Movement of Seeds in the Time of COVID-19. http://www.isaaa.org/kc/cropbiotechupdate/article/default.asp?ID=18034.
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