Downregulation of the Nb-SABP2 gene promotes transient recombinant protein accumulation in N. benthamiana

En el mundo de la biotecnología moderna, los científicos suelen recurrir a las fábricas más eficientes de la naturaleza para producir medicamentos, vacunas y enzimas industriales. Durante décadas, el enfoque estándar consistió en cultivar bacterias o células de mamíferos en grandes cubas, un proceso que puede ser lento, costoso y difícil de escalar rápidamente. Las plantas ofrecen una alternativa convincente. Crecen rápidamente, requieren solo luz solar y agua, y pueden ser modificadas para producir proteínas complejas que otros sistemas tienen dificultades para fabricar. Entre todas las especies vegetales, un tipo específico de tabaco, conocido como Nicotiana benthamiana, se ha convertido en el caballo de batalla preferido para este tipo de "agricultura molecular". Su popularidad radica en un rasgo biológico único: es excepcionalmente bueno aceptando material genético extraño y convirtiéndolo en proteína muy rápidamente. Sin embargo, esta velocidad conlleva un inconveniente. Cuando los científicos introducen genes extraños en la planta, el propio sistema inmunológico de la planta reconoce al intruso como una amenaza y lanza una defensa. Esta respuesta defensiva, aunque natural para la planta, actúa como un freno en la producción, limitando la cantidad de proteína útil que se puede cosechar.

El desafío central para los investigadores es cómo mantener la planta sana y creciendo mientras se le convence simultáneamente de que baje la guardia lo suficiente como para permitir la máxima producción de proteínas. Un actor clave en el arsenal de defensa de una planta es una hormona llamada ácido salicílico. En la naturaleza, esta hormona actúa como una bengala de señalización, alertando a la planta sobre una infección y desencadenando una cascada de medidas protectoras. Una proteína específica dentro de la planta, llamada SABP2, actúa como un interruptor que ayuda a activar este sistema de alarma. Cuando una planta detecta una amenaza, la SABP2 ayuda a convertir una señal química silenciosa en la forma activa del ácido salicílico, que luego moviliza las defensas de la planta. La pregunta que se hicieron los investigadores fue si bajar el volumen de este interruptor específico permitiría a la planta producir más de la proteína deseada sin sufrir por la falta de protección.

En un estudio reciente, investigadores del Instituto Julius Küh Kühn en Alemania se propusieron probar esta idea creando una versión de la planta de tabaco donde el gen responsable de producir la proteína SABP2 fue deliberadamente debilitado. No eliminaron el gen por completo, lo que podría haber hecho que la planta fuera demasiado vulnerable a las enfermedades o creciera mal. En su lugar, utilizaron una técnica para reducir la cantidad de SABP2 que la planta podía producir, atenuando esencialmente la capacidad de la planta para dar la alarma. Luego, introdujeron vectores virales —virus inofensivos y modificados diseñados para transportar instrucciones para fabricar proteínas específicas— en estas plantas modificadas. El objetivo era ver si las plantas con el sistema de alarma atenuado producían más de la proteína objetivo en comparación con las plantas normales y no modificadas.

Los resultados fueron claros y medibles. Las plantas con los niveles reducidos de SABP2 crecieron tan bien como las plantas normales, sin mostrar signos de crecimiento atrofiado o deformidades físicas. Se veían sanas y robustas. Sin embargo, cuando los científicos introdujeron los vectores virales que portaban las instrucciones para fabricar una proteína verde brillante, las plantas modificadas produjeron significativamente más de ella. En las líneas con mejor rendimiento, la acumulación de la proteína brillante fue dos o tres veces mayor que en las plantas estándar. Este efecto no se limitó a un solo tipo de proteína o a un solo tipo de vector viral; los investigadores probaron diferentes combinaciones, incluyendo una proteína que ayuda al crecimiento de las células nerviosas, y encontraron el mismo aumento en la producción.

El mecanismo detrás de este éxito parece ser un compromiso en las prioridades de la planta. Al reducir el gen SABP2, los investigadores lograron, de manera efectiva, ralentizar la respuesta inmunitaria de la planta ante el vector viral. Debido a que la planta no luchaba con tanta fuerza contra el vehículo de entrega, el virus pudo multiplicarse más libremente dentro de las células vegetales. Esta mayor actividad viral se tradujo directamente en niveles más altos de la proteína deseada. El estudio confirmó que el material genético viral estaba presente en cantidades mucho mayores en las plantas modificadas, lo que a su vez impulsó la producción de las proteínas objetivo. Los investigadores descubrieron que este enfoque funcionaba de manera constante a través de diferentes puntos temporales y diferentes tipos de vectores virales, lo que sugiere que el método es robusto y fiable.

Este trabajo proporciona una solución práctica a un cuello de botella de larga data en la producción de proteínas de origen vegetal. Demuestra que es posible ajustar con precisión el sistema inmunológico de una planta para que sea menos reactivo a las herramientas utilizadas para la producción, sin dañar la salud o el crecimiento general de la planta. Los hallazgos sugieren que, mediante la gestión cuidadosa de las señales de defensa interna de la planta, los científicos pueden crear un entorno más eficiente para la fabricación de biofármacos. El estudio no afirmó que este método funcione para todas las proteínas o virus posibles, ni sugirió que estas plantas modificadas sean inmunes a todas las enfermedades. Más bien, mostró que, para los sistemas específicos probados, la atenuación de una sola vía de defensa condujo a un aumento sustancial y reproducible en el rendimiento. Este enfoque ofrece una nueva herramienta para los investigadores que buscan producir medicinas y otras proteínas valiosas de forma rápida y a gran escala, convirtiendo las defensas naturales de la planta de un obstáculo en una variable manejable.