Semillas de tabaco no comercial como biorreactor para la producción estable y a altos niveles de proteínas heterólogas complejas de interés farmacéutico y veterinario

Resumen

La utilización de la plantas como biorreactores para la producción de proteínas de interés farmacéutico, veterinario e industrial se ha consolidado como una alternativa atractiva por los beneficios que reporta. Los sistemas de plantas más establecidos y generalizados utilizan las hojas como tejido hospedero a pesar de los bajos niveles de expresión de las proteínas recombinantes, lo cual continúa siendo el principal reto de esta plataforma productiva. Entre las estrategias que se ha evaluado en los últimos años para incrementar la expresión de proteínas heterólogas en plantas, la producción y acumulación de estas en semillas parece ser una alternativa con importantes ventajas sobre las hojas. Además, en las semillas es donde ocurre la síntesis y el almacenamiento de las proteínas de reserva del embrión de forma natural, existe una baja actividad de proteasas y de contenido de agua, lo cual facilita la conservación prolongada de forma estable del material almacenado.

Esto implica una ventaja adicional en el proceso de purificación, ya que permite desacoplar los procesos de acumulación de biomasa y procesamiento y purificación a partir del tejido vegetal.

En el presente trabajo se describe el diseño y desarrollo de un sistema de producción de proteínas heterólogas en semillas de tabaco no comercial y se analizan tres ejemplos de interés farmacéutico y veterinario. El primer gen expresado y usado como modelo para validar este sistema fue el AgsHB, lo que permitió evaluar el funcionamiento de las señales de regulación para la expresión exclusiva en semillas, no detectándose la expresión en hojas de tabaco. El nivel de acumulación de este antígeno fue el más alto reportado hasta este momento en plantas. La caracterización estructural de la molécula producida en semillas confirmó el carácter particulado de este antígeno mediante estudios de sedimentación en sacarosa. Posteriormente, se produjo de forma activa el anticuerpo monoclonal CB.Hep-1, el cual fue purificado y caracterizado mediante análisis estructural y funcional. Los estudios de glicosilación mostraron diferencias en el funcionamiento de señales de anclaje en la vía secretora en semillas y hojas, aportando información útil para la futura expresión de otras moléculas en este sistema. Se seleccionaron líneas que mostraron los niveles de acumulación más altos reportados para un anticuerpo monoclonal en tabaco. Adicionalmente el anticuerpo de semillas mantuvo su capacidad de inmunopurificar el AgsHB, lo cual constituye su utilidad práctica. Finalmente la hemaglutinina del virus de influenza aviar (H5N1) se produjo con un elevado rendimiento y se estableció un protocolo de extracción muy sencillo. Se inmunizaron pollos con los extractos obtenidos y estos fueron capaces de generar una respuesta humoral capaz de inhibir la hemaglutinación de los eritrocitos, demostrando así su actividad antiviral. Estos resultados confirman que los anticuerpos y antígenos se acumulan en altos niveles en las semillas y son capaces de llevar a cabo la actividad para la cual fueron diseñados. El trabajo consolida la utilidad de las semillas de tabaco no comercial como biorreactor para la producción estable a altos niveles de proteínas de interés farmaceútico-veterinario y ofrece una tecnología de expresión para su explotación comercial.

Los resultados aparecen publicados en las revistas Transgenic Research y Biotecnología Aplicada y se presentaron en eventos nacionales e internacionales siendo objeto de reconocimiento por parte de importantes especialistas nacionales e internacionales