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Sector agroalimentario
Plantas biofactoría
Informe de Vigilancia Tecnológica
Plantas biofactoría
Informe de Vigilancia
Tecnológica
El presente Informe de Vigilancia Tecnológica ha sido
realizado en el marco del convenio de colaboración
conjunta entre Genoma España y Parque Científico de
Madrid (PCM), entidad que, por delegación de la
Universidad Complutense de Madrid, gestiona el Círculo
de Innovación en Agroalimentación (CIAA), perteneciente
al Sistema de Promoción Regional madri+d.
Los autores de este informe agradecen la colaboración
ofrecida por toda la comunidad científica y empresarial
para la realización de este informe, en especial a:
- Dra. Covadonga Alonso Martí (INIA)
- D.ª Isabel Bronchalo Bronchalo (AGRENVEC)
- Dra. Sonia Castañón de la Torre (NEIKER)
- Dr. Juan Antonio García Alvarez (CNB - CSIC)
- Dra. Dolors Ludevid Múgica (IBMB - CSIC)
- Dr. Luis Enjuanes Sánchez (CNB - CSIC)
- Dr. José Angel Martínez Escribano (INIA)
- Dr. Angel Mingo Castel (Univ. Pública de Navarra)
- Dr. Ignacio Moreno Echanove (Plant Bioproducts)
- Dr. Juan Plana Durán (Fort Dodge Veterinaria)
- Dr. Fernando Ponz Ascaso (INIA)
- Dr. Javier Pozueta Romero (Instituto de
Agrobiotecnología y Recursos Naturales. UPN)
- D.ª Lucía Roda Ghisleri (Ministerio de Medio Ambiente)
- Dra. Julia Rueda Muñoz de San Pedro
(Univ. Complutense de Madrid)
La reproducción parcial de este informe está autorizada bajo
la premisa de incluir referencia al mismo, indicando: Plantas
Biofactoría. GENOMA ESPAÑA / CIAA-PCM.
Genoma España no se hace responsable del uso que se
realice de la información contenida en esta publicación. Las
opiniones que aparecen en este informe corresponden a los
expertos consultados y a los autores del mismo.
© Fundación Española para el Desarrollo
de la Investigación en Genómica
y Proteómica / Parque Científico de Madrid.
Autores: Olga Ruiz Galán (CIAA)
Esther García Iglesias (CIAA)
Lara Gago Cabezas (CIAA)
Víctor González Rumayor (CIAA)
Coordinador: Miguel Vega García (Genoma España)
Edición: Silvia Enríquez (Genoma España)
Referencia: GEN-ES05001
Fecha: Febrero 2005
Depósito Legal: M-10665-2005
ISBN: 84-609-4621-5
Diseño y realización: Spainfo, S.A.
4
PLANTAS BIOFACTORÍA
Índice de contenido
•
RESUMEN EJECUTIVO
7
1.
INTRODUCCIÓN. PLANTAS BIOFACTORÍA
9
2.
TECNOLOGÍAS PARA LA OBTENCIÓN DE PLANTAS BIOFACTORÍA
14
2.1. Sistemas de expresión de proteínas recombinantes.
2.1.1. Transformación genética estable de las plantas.
2.1.2. Expresión transitoria.
2.2. Estrategias tecnológicas para optimizar la obtención
de proteínas recombinantes en plantas.
2.2.1. Aumento del rendimiento de producción.
2.2.2. Autenticidad estructural.
14
15
21
CULTIVOS DE INTERÉS EN AGRICULTURA MOLECULAR
35
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
36
37
38
39
3.
4.
Plantas de hoja y forrajeras.
Semillas de cereales y leguminosas.
Frutas, tubérculos y hortalizas.
Oleaginosas y de fibra.
24
24
32
MOLÉCULAS DE INTERÉS
41
4.1. Proteínas recombinantes.
4.1.1. Proteínas de interés biosanitario.
4.1.2. Proteínas de interés industrial.
4.2. Ingeniería metabólica.
4.2.1. Modificación de rutas enzimáticas existentes.
4.2.2. Introducción de nuevas rutas enzimáticas.
41
41
55
56
56
60
5.
LEGISLACIÓN
61
6.
ASPECTOS DE MERCADO
67
7.
ASPECTOS SOCIOECONÓMICOS
74
5
8. EJEMPLOS DE GRUPOS DE INVESTIGACIÓN ESPAÑOLES
78
9. CONCLUSIONES
92
10. ANEXOS
Anexo
Anexo
Anexo
Anexo
Anexo
I.
II.
III.
IV.
V.
94
Proyecto Pharma-Planta.
Proyectos financiados por la Unión Europea.
Centros públicos de investigación y proyectos.
Empresas.
Patentes.
94
96
102
103
108
11. REFERENCIAS
122
12. LISTA DE ABREVIATURAS
126
13. GLOSARIO
127
6
PLANTAS BIOFACTORÍA
Resumen ejecutivo
La ingeniería genética de plantas surgió a
transformación del material vegetal hasta la
principios de los años 80, cuando se descubre
comercialización del producto final, presenta una
cómo transferir fragmentos de información
serie de factores críticos, que en ocasiones pueden
genética de un organismo vegetal a otro,
llegar a ser limitantes (riesgos ambientales,
permitiendo la expresión de caracteres deseables.
riesgos sobre la salud y rendimiento de
Desde entonces, el desarrollo de las tecnologías
producción). Se han diseñado distintas estrategias
de transformación y regeneración de plantas ha
tecnológicas que contribuyen a minimizar el
sido tal que ha permitido realizar modificaciones
impacto de estos factores.
que parecían impensables.
Las aplicaciones en el campo biofarmacéutico son
Las primeras aplicaciones comerciales de la
especialmente interesantes. La utilización de
modificación genética de plantas se encaminan a
microorganismos modificados genéticamente
la obtención de cultivos que presenten ventajas
para la obtención de moléculas de interés
agronómicas como tolerancias a herbicidas,
terapéutico comenzó hace dos décadas con la
resistencias a plagas y patógenos o tolerancia a
producción de insulina humana recombinante.
condiciones adversas como salinidad o sequía.
En 2002, veinte años después, ya existían
El cultivo de estas plantas proporciona beneficios
aproximadamente 90 fármacos desarrollados y/o
a los agricultores debido a que implican mayores
producidos por métodos biotecnológicos en el
rendimientos y/o menores costes de producción.
mercado, que movieron cerca de 35 billones de
dólares. Las estimaciones indican que en el año
La segunda generación de plantas transgénicas
2010 los biofármacos serán un 35% del mercado
corresponde a plantas que presentan mejores
farmacéutico, con unos beneficios estimados de
propiedades organolépticas y nutricionales. Las
20 billones de dólares.
modificaciones que se realizan en estas plantas
son más complejas, ya que se encuentra
Sin embargo, parece que el aumento de la
implicado un mayor número de genes.
demanda de este tipo de productos será tal que
Se considera que los beneficios de este tipo de
los actuales sistemas de producción no podrán
plantas repercuten tanto en los productores de
hacer frente a la misma. Por ello, será necesario el
alimentos como en el consumidor final.
desarrollo de nuevos sistemas de producción que
permitan la obtención de estos biofármacos en
En ambos casos se trata de plantas modificadas
cantidades más elevadas y a un coste asequible.
genéticamente utilizadas para la elaboración de
La utilización de plantas como biofactorías de
alimentos destinados al consumo humano y animal.
estos productos se perfila como una posible
solución. En el campo específico de plantas como
Existe una tercera generación de plantas
biofactorías, se estima que los primeros productos
transgénicas que corresponde a plantas
llegarán al mercado en el año 2006, y que el valor
modificadas genéticamente para producir
de mercado, sólo en EE.UU., alcanzará los 2.200
compuestos de alto valor añadido. En este caso no
millones de euros en 2011.
se busca la producción de alimentos, sino que se
pretende que la planta se convierta en una
El desarrollo de plataformas biotecnológicas de
biofactoría de productos de interés en los campos
producción de proteínas recombinantes en plantas
biosanitario, farmacéutico o industrial. Este
se encuentra liderado por los Estados Unidos y
informe pretende describir de manera detallada
Canadá, donde ya existen productos comerciales.
cuál es el estado en el que se encuentra el
Europa sufre un retraso en la implantación de
desarrollo de esta tercera generación de plantas
estos sistemas, debido fundamentalmente a la
transgénicas, tanto en el ámbito tecnológico como
moratoria que impedía el uso de nuevos
en lo referente a los aspectos legislativos,
transgénicos. El sector se encuentra formado por
socioeconómicos y comerciales.
grupos de investigación de centros públicos y
universidades, y por empresas generalmente de
La primera parte del informe analiza las
pequeño y mediano tamaño.
tecnologías que se están utilizando en la
actualidad para la obtención plantas biofactoría.
Con el fin de reflejar el estado en el que se
El proceso productivo, que incluye desde la
encuentra actualmente este mercado se realiza
7
una descripción de algunas de las empresas tipo
dedicadas a esta actividad. Dentro de esta
descripción se incluyen las tecnologías que
utilizan, los productos en desarrollo y la fase en la
que se encuentran, así como las estrategias que
siguen en cuanto a la propiedad industrial.
La legislación aplicable a las plantas biofactoría
condiciona extraordinariamente los sistemas de
producción. La normativa europea referente al
control de las actividades en las que se produzcan
o empleen OMGs es muy estricta. Su objetivo es
asegurar que estas actividades se lleven a cabo en
condiciones en las que los riesgos para la salud y
para el medio ambiente sean mínimos. Se ha
dedicado un apartado a estudiar la legislación en
el que se incluyen referencias a la normativa
aplicable a la utilización confinada, liberación y
comercialización de OMGs, así como a los
procedimientos administrativos de autorización de
las mismas.
Por último, se analizará cuál es la posición de
nuestro país en el desarrollo de plantas
transgénicas de tercera generación. Para ello se
ha realizado un mapa de las empresas y grupos
de investigación que en la actualidad desarrollan
sus actividades en este campo. Se han recogido
los datos referentes a las líneas y proyectos de
investigación y patentes desarrolladas por estos
grupos, así como la percepción de los
investigadores principales en cuanto al futuro de
las plantas biofactoría en nuestro país.
8
PLANTAS BIOFACTORÍA
1. Introducción. Plantas biofactoría
La utilización de plantas como biofactorías de
productos de alto valor añadido despierta un
elevado interés tanto en los científicos como en las
empresas de biotecnología, debido a las ventajas
de tipo económico, técnico y de seguridad que
presentan las plantas para ser usadas como
sistemas de producción1.
Cuando hablamos de plantas como biofactorías
nos referimos al cultivo a escala agrícola de
plantas superiores que han sido transformadas de
modo que pasen a expresar productos que no
expresaban anteriormente (o que expresaban en
cantidades muy pequeñas) y que poseen un
elevado valor añadido. Pueden usarse plantas
tradicionalmente utilizadas para la obtención de
alimentos, piensos u otros productos como fibras,
u otras especies.
La modificación genética de la planta da lugar a la
expresión de una nueva proteína que la planta no
poseía. Esta proteína puede ser el producto de interés
que se desea obtener, o bien puede ser una enzima
que modifique una ruta metabólica de la planta, y
como consecuencia ésta pasa a expresar un nuevo
compuesto que anteriormente no producía. En el
primer caso se habla de agricultura molecular y en
el segundo de ingeniería metabólica.
Agricultura molecular
La expresión “agricultura molecular” procede de la expresión en inglés “molecular farming” y consiste
en la aplicación de la biotecnología de plantas para introducir en una planta genes que codifican para
determinadas proteínas con interés biomédico o industrial para el hombre, como vacunas,
anticuerpos, biofármacos, polímeros o enzimas, de modo que la planta sea capaz de producirlos.
Ingeniería metabólica
La ingeniería metabólica consiste en la modificación de las rutas metabólicas de la planta para
incrementar la síntesis de moléculas deseables, bien mediante la introducción de genes que codifican
para enzimas que completan una ruta metabólica existente en la planta, o genes que codifican para
todas las enzimas de una ruta metabólica que no posee la planta.
Para que la planta exprese estos productos es necesario introducir los genes que los codifican, lo cual puede
hacerse mediante distintos sistemas que se indicarán más adelante. La planta transformada podrá cultivarse
en el campo tal y como se hace con los cultivos tradicionales, o bajo distintos sistemas de confinamiento o
de contención y una vez que alcance el desarrollo adecuado se recolectará.
El material vegetal recolectado contendrá el compuesto de interés y en función de su uso, puede ser
purificado para su envasado y comercialización en forma pura, o bien puede comercializarse sin purificar tal
y como ocurre con las vacunas comestibles.
1
Twyman, R. M.; Stoger, E.; Schillberg, S.; Christou, P.; Fischer, R. (2003). Molecular farming in plants: host systems and
expression technology. Trends in Biotechnology, 21, 570-578.
9
Construcción de un
vector de transferencia
Introducción
del vector en la
célula vegetal
Célula modificada
genéticamente
Aislamiento del
gen de interés
Cultivo de
las células
Trasplante a un
campo de cultivo
confinado
Consumo
directo
Elaboración de
fármacos
Consumo animal
Figura 1. Esquema general
10
Consumo humano
PLANTAS BIOFACTORÍA
Este informe se centra principalmente en la
obtención de proteínas recombinantes de interés
biosanitario e industrial mediante agricultura
molecular, ya que es ésta la aplicación que concentra
mayor número de empresas y mayor cantidad de
productos cercanos a la comercialización. Nos
referiremos a la ingeniería metabólica en el apartado
dedicado a los productos, explicando los puntos más
importantes.
Las proteínas recombinantes son moléculas
complejas cuya obtención a escala industrial
mediante síntesis química es muy difícil o costosa.
Por este motivo, en la actualidad se obtienen
mediante la utilización de cultivos celulares de
microorganismos (bacterias, levaduras y hongos)
o células de organismos superiores entre los que se
incluyen insectos, mamíferos o plantas. Uno de los
principales inconvenientes que presentan estos
sistemas es que implican costes elevados, debido a
que requieren aportes de nutrientes y energía y
deben llevarse a cabo en condiciones de esterilidad.
Estos sistemas además presentan riesgos de
contaminación de los productos con distintos
agentes que pueden resultar peligrosos para la
salud de las personas y los animales. En el caso
de las bacterias estos agentes son las endotoxinas
bacterianas, mientras que cuando se trata de
células de mamíferos son virus, priones y
secuencias oncogénicas.
Una alternativa a los cultivos celulares es la
utilización de plantas y animales completos. En el
caso de los animales se está investigando la
expresión de las proteínas en huevos o leche, por
ejemplo, lo cual permitiría una recolección
continua relativamente sencilla. Sin embargo, este
tipo de sistemas presenta inconvenientes relativos
a la seguridad debido a la posible presencia de
agentes contaminantes y patógenos.
La utilización de plantas completas presenta
ventajas de tipo económico, técnico y de
seguridad del producto frente a los sistemas de
expresión que se utilizan en la actualidad para
obtener proteínas recombinantes, y además
presenta ventajas de seguridad frente los
animales transgénicos. A continuación se indican
las principales ventajas que presentan las plantas
para su utilización como biofactorías.
VENTAJAS DE LA UTILIZACIÓN DE PLANTAS BIOFACTORÍA 2, 3, 4
• De tipo económico5, 6, 7
– Permiten usar los recursos y la infraestructura agrícola existente (maquinaria para la siembra,
cosecha y procesado del material vegetal, silos, etc.), lo que resulta en una reducción del capital
inicial que se debe invertir.
– Presentan costes de producción bajos. La energía necesaria para el crecimiento del cultivo
procede del sol y los nutrientes son el dióxido de carbono atmosférico y los minerales del suelo o
procedentes de la fertilización.
– Permite un escalado sencillo tanto para aumentar la producción como para reducirla, simplemente
aumentando o reduciendo la cantidad de terreno dedicada al cultivo.
– El cultivo de plantas produce una gran cantidad de biomasa en la que se acumula la proteína
recombinante, por lo que pueden alcanzarse producciones elevadas.
– Las líneas transgénicas pueden mantenerse durante un tiempo largo en forma de semillas, de
modo que la planta se encuentra en un estado de latencia en el que no se necesitan condiciones
de mantenimiento costosas. Por el contrario otros sistemas de expresión requieren condiciones
muy controladas o incluso es necesario reproducir las células con el consiguiente gasto de
nutrientes y energía.
– En el caso de proteínas que necesitan ser purificadas los costes de procesado son similares a los de
otros sistemas de expresión, pero en el caso de proteínas que no se purifican estos costes se eliminan.
(continúa en pág. siguiente)
2
3
4
5
6
7
Horn, M. E.; Woodard, S. L.; Howard, J. A. (2004). Plant molecular farming: systems and products. Plant Cell Rep., 22,
711-720.
Giddings, G. (2001). Transgenic plants as protein factories. Current Opinion in Biotechnology, 12, 450–454.
Daniell, H.; Streatfield, S. J.; Wycoff, K. (2001). Medical molecular farming:production of antibodies, biopharmaceuticals
and edible vaccines in plants. Trends in Plant Science, 6, 219-226.
Yoshida, K.; Shinmyo, A. (2000). Transgene expression systems in plant, a natural bioreactor. Journal of Bioscience and
Bioengineering, 90, 353-362.
Maliga, P. (2002). Engineering the plastid genome of higher plants. Current Opinion in Plant Biology, 5, 164-172.
Twyman, R. M.; Stoger, E.; Schillberg, S.; Christou, P.; Fischer, R. (2003). Molecular farming in plants: host systems and
expression technology. Trends in Biotechnology, 21, 570-578.
11
VENTAJAS DE LA UTILIZACIÓN DE PLANTAS BIOFACTORÍA (continuación)
• De tipo técnico8, 9
– Las plantas son sistemas relativamente fáciles de transformar.
– Puede aumentarse la estabilidad de las proteínas recombinantes mediante su acumulación o
síntesis en determinados compartimentos celulares (orgánulos subcelulares) donde se encuentran
protegidas de la degradación.
– La síntesis de proteínas y sus modificaciones postraduccionales son semejantes a las que realizan
los animales, existiendo sólo pequeñas diferencias en cuanto a glicosilación.
– La pared celular protege a la proteína contra la degradación en el tracto gastrointestinal,
permitiendo la administración por vía oral sin purificación.
– Pueden utilizarse sistemas mediante los cuales las moléculas recombinantes se almacenen en
determinados órganos o tejidos de la planta como raíces, semillas, tubérculos, frutos, etc.
• Referentes a la seguridad de los productos obtenidos
– Las proteínas procedentes de plantas no son susceptibles de estar contaminadas por virus
animales o humanos, priones o secuencias oncogénicas que puedan afectar al ser humano o a
animales.
Aunque la utilización de plantas completas como
sistemas de expresión presenta ventajas muy
importantes, existe una serie de factores críticos
que es necesario tener en cuenta, ya que tienen
un papel fundamental en el éxito de la agricultura
molecular. Estos factores se refieren
principalmente a problemas de seguridad
ambiental, posibles efectos negativos sobre la
salud humana y animal y retos técnicos,
entendidos como aquellos que afectan al proceso
de producción y purificación.
De estos factores críticos, los retos técnicos
están siendo abordados mediante el desarrollo
de tecnologías que optimizan el proceso
productivo.
8
9
Sin embargo, parece que algunos factores críticos
relacionados con el medio ambiente y con la salud
humana y animal necesitarán de esfuerzos
adicionales, ya que no siempre es posible el
desarrollo de tecnologías adecuadas que permitan
reducir su impacto. Esto hace que, de momento,
sea necesaria la utilización de buenas prácticas de
cultivo y de medidas de confinamiento para poder
prevenir algunos de los riesgos asociados a este
tipo de cultivos. Además, al tratarse de riesgos
sobre la salud y sobre el medio ambiente, entra en
juego la aceptación de estos cultivos por distintos
agentes socioeconómicos. Dentro de éstos se
incluyen agentes implicados en la cadena
alimentaria (agricultores y ganaderos,
productores, distribuidores, consumidores, etc.),
grupos ecologistas, legisladores y la opinión
pública en general.
Koprowski, H.; Yusibov, V. (2001). The green revolution: plants as heterologous expression vectors. Vaccine 19,
2735–2741.
Fischer, R.; Stoger, E.; Schillberg, S.; Christou, P.; Twyman, R. M. (2004). Plant-based production of biopharmaceuticals.
Current Opinion in Plant Biology, 7, 152–158.
12
PLANTAS BIOFACTORÍA
FACTORES CRÍTICOS DE LAS PLANTAS BIOFACTORÍA10, 11, 12
• Ambientales
– Riesgo de escapes por flujo de polen, que dan lugar a problemas de coexistencia con otros
cultivos. El polen de las plantas modificadas genéticamente puede dispersarse por el viento,
o a través de insectos polinizadores llegando a otros cultivos en los que podrá introducir los
transgenes que contiene.
– Contaminación cruzada por mezcla de semillas. Puede tener lugar en todas las fases del proceso
de cultivo incluyendo contaminación a través de la maquinaria agrícola durante la siembra y
recolección, y en el almacenamiento, transporte y procesado. Esta mezcla de semillas puede
ocasionar problemas ambientales en caso de siembra de las mismas y podría tener implicaciones
en la salud de animales y personas si se produjera el paso a la cadena alimentaria.
– Riesgo de ingestión por los animales que existan en el campo de cultivo, como pequeños
mamíferos, aves o invertebrados.
– Riesgo de permanencia en el suelo de restos procedentes de las plantas transformadas como
semillas o brotes, a partir de los que puede volver a crecer la planta.
– Riesgo de permanencia en el medio de proteínas transgénicas potencialmente peligrosas que
podrían acumularse en otros organismos.
• Salud humana y animal
– Posible riesgo de pasar a la cadena alimentaria. Este hecho podría producir distintos problemas
en función del tipo de sustancia que se esté expresando (tolerancia en el caso de las vacunas u
otros efectos en el caso de los fármacos).
– Riesgo de contaminación con herbicidas o insecticidas que se utilizan en el cultivo de plantas.
Como consecuencia de la utilización de estos compuestos pueden quedar residuos que pueden ser
perjudiciales para la salud humana y animal en caso de ingestión.
– Riesgo de contaminación con micotoxinas. Son toxinas que se producen como consecuencia del
crecimiento de hongos sobre el material vegetal cosechado, principalmente durante el
almacenamiento. Son sustancias que presentan efectos nocivos sobre la salud animal y humana.
• Técnicos
– El tiempo necesario para la obtención de la primera cosecha de la planta que expresa la proteína
recombinante es mayor que en otros sistemas de expresión como microorganismos o células de
mamíferos. Es necesario preparar los vectores de expresión, transformar, regenerar y cultivar las
plantas, así como evaluar varias generaciones con el fin de asegurar que la expresión de estas
sustancias es estable y que la sustancia de interés es bioquímicamente activa.
– Pueden existir problemas de expresión baja para algunas proteínas.
– Las modificaciones postraduccionales que llevan a cabo las plantas no son exactas a las que
llevan a cabo los mamíferos, siendo las diferencias principalmente en la glicosilación.
– Dificultad para la dosificación en el caso de vacunas comestibles. Cuando la administración de la
molécula es mediante la ingesta de la planta, es necesario conocer con seguridad los niveles de
expresión de la molécula en la planta con el fin de poder ajustar la dosis de manera adecuada.
10
11
12
Daniell, H.; Streatfield, S. J.; Wycoff, K. (2001). Medical molecular farming:production of antibodies, biopharmaceuticals
and edible vaccines in plants. Trends in Plant Science, 6, 219-226.
Twyman, R. M.; Stoger, E.; Schillberg, S.; Christou, P.; Fischer, R. (2003). Molecular farming in plants: host systems and
expression technology. Trends in Biotechnology, 21, 570-578.
Fischer, R.; Stoger, E.; Schillberg, S.; Christou, P.; Twyman, R. M. (2004). Plant-based production of biopharmaceuticals.
Current Opinion in Plant Biology, 7, 152–158.
13
2. Tecnologías para la obtención
de plantas biofactoría
A continuación se explican los sistemas más utilizados para la expresión de proteínas foráneas en plantas,
así como aquellos sistemas que permiten la optimización de la producción de moléculas de interés en
plantas, principalmente encaminados a aumentar el rendimiento de la proteína y a mejorar la autenticidad
estructural.
2.1. Sistemas de expresión
de proteínas
recombinantes13, 14
animales o microbianas), consiguiendo que la
La obtención de plantas para su utilización como
En este apartado distinguiremos entre las
biofactorías de moléculas de interés se lleva a
modificaciones genéticas estables transmisibles a
cabo mediante el empleo de la tecnología del ADN
la descendencia y modificaciones que dan lugar a
recombinante. Esta tecnología permite introducir
la expresión transitoria de proteínas
en una planta material genético procedente de
recombinantes, que no se transmiten a la
otros organismos (otras especies vegetales,
descendencia.
Vector
planta modificada pase a expresar nuevas
proteínas o bien que modifique la expresión de sus
propias proteínas.
Célula
transformada
Semillas
Regeneración
Planta
transformada
Nueva planta
transformada
Figura 2. Transformación estable.
13
14
Mason, H. S.; Warzecha, H.; Mor, T.; Arntzen, C. J. (2002). Edible plant vaccines: applications for prophylactic and
therapeutic molecular medicine. Trends in Molecular Medicine, 8, 324-329.
Koprowski, H.; Yusibov, V. (2001). The green revolution: plants as heterologous expression vectors. Vaccine, 19,
2735–2741.
14
PLANTAS BIOFACTORÍA
Vector
Semillas
Planta no
transformada
Planta
transformada
Figura 3. Expresión transitoria.
2.1.1. Transformación genética
estable de las plantas
La transformación genética estable de plantas
puede realizarse mediante la introducción del
material genético en el núcleo celular o bien en los
Mediante transformación genética estable se
plastos, que son orgánulos característicos de las
obtienen plantas modificadas genéticamente en
plantas que poseen material genético que puede
las que el material genético introducido aparece
ser transformado.
en todas las células de la planta y se transmite a
la descendencia. Son lo que se denomina
Lo más frecuente es realizar la transformación del
“plantas transgénicas”.
material nuclear. Mediante distintas técnicas que
se explicarán a continuación es posible introducir
La principal ventaja que presenta este tipo de
en el núcleo de la célula el transgén de interés y
transformación es que la modificación se transmite a
conseguir que éste se exprese dando lugar a la
la descendencia, tanto por reproducción sexual
proteína foránea. A continuación se indican las
(mediante semillas), como por reproducción asexual
principales ventajas e inconvenientes de este tipo
(mediante esquejes, micropropagación, etc.).
de transformación.
VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA TRANSFORMACIÓN NUCLEAR
Ventajas
• Existen protocolos de transformación y regeneración para muchos vegetales, entre los que se
incluyen muchas especies comestibles.
Inconvenientes
• La inserción del material genético ocurre al azar, existiendo fenómenos que disminuyen la
producción como el efecto de posición o el silenciamiento.
• La acumulación de las proteínas recombinantes en el citoplasma puede tener efectos tóxicos para la
planta o interferir en el desarrollo.
• Es necesario utilizar marcadores para seleccionar las plantas transformadas.
• La modificación genética puede transmitirse a través del polen, lo que da lugar a riesgos de escape.
La transformación de plastos es una técnica relativamente nueva muy interesante en agricultura molecular,
debido a que presenta múltiples ventajas frente a la transformación nuclear, en lo referente a seguridad
ambiental o a los niveles de expresión.
Los plastos son orgánulos subcelulares característicos de las células vegetales, que poseen varias copias de
un cromosoma circular de pequeño tamaño denominado plastoma. Se encuentran en los distintos tejidos y
órganos de las plantas pudiendo presentar distintas morfologías y funciones. Algunos ejemplos de plastos
15
son los cloroplastos de tejidos verdes y hojas, que
eficaces. Por este motivo, el interés principal
realizan la fotosíntesis, los cromoplastos de flores
se está dirigiendo hacia la transformación
y frutas maduras, los amiloplastos, que aparecen
de cloroplastos, aunque el potencial de transformar
en órganos de almacén como tubérculos o los
cromoplastos de frutas y verduras presenta ventajas
leucoplastos, que aparecen en raíces15.
obvias para la obtención de vacunas de subunidades
comestibles16.
Aunque todos los tipos de plastos presentan
varias copias del plastoma, no todos poseen la
Las ventajas e inconvenientes que presenta la
misma capacidad de expresar los genes
transformación genética de cloroplastos frente a la
que contienen, siendo los cloroplastos los más
transformación nuclear son las siguientes:
VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA TRANSFORMACIÓN
DE CLOROPLASTOS17, 18, 19, 20
Ventajas
• Integración del ADN transformante mediante recombinación homóloga, lo que previene el efecto de
posición.
• Ausencia de efectos epigenéticos como silenciamiento, cosupresión, etc.
• Elevados niveles de expresión debido a que cada cloroplasto presenta un gran número de copias de
su cromosoma, y cada célula presenta un número elevado de cloroplastos. El número copias del
ADN del cloroplasto por célula puede ser hasta 10.000, lo que puede dar como resultado una
acumulación de hasta el 47% de las proteínas totales solubles.
• Las proteínas recombinantes se acumulan en el interior del cloroplasto previniendo problemas de
toxicidad o interferencia en el desarrollo de la planta.
• Permite la expresión de operones policistrónicos, por lo que se pueden introducir varios genes en un
solo evento de transformación bajo el control de un solo promotor. Esto puede ser muy interesante
en la ingeniería metabólica donde en ocasiones es necesario introducir varios genes que codifican
para enzimas distintas de una ruta metabólica y se desea que se sinteticen de manera coordinada.
• Los cloroplastos no se transmiten a través del polen ya que su herencia es materna en la mayor
parte de las plantas, disminuyendo el riesgo de contaminación cruzada debido al aislamiento del
transgén en el cloroplasto.
• Permite eliminar los marcadores que se usan para seleccionar aquellas plantas en las que se ha
introducido el ADN.
Inconvenientes
• Riesgo de transferencia horizontal de los transgenes a bacterias debido a la homología que
presentan el genoma bacteriano y el de los cloroplastos.
• La transformación de cloroplastos sólo se hace de manera rutinaria en tabaco y en el alga
C. reinhardii y aunque se ha logrado transformar cloroplastos en algunas especies comestibles como
zanahoria y tomate, todavía es necesario optimizar el proceso.
• Los cloroplastos no son capaces de llevar a cabo algunas modificaciones postraduccionales como la
glicosilación.
• No se produce la exportación de las proteínas sintetizadas hacia otros orgánulos o compartimentos
celulares.
15
16
17
18
19
20
Heifetz, P. B.; Tuttle, A. M. (2001). Protein expression in plastids. Current Opinion in Plant Biology, 4, 157–161.
Fischer, R.; Stoger, E.; Schillberg, S.; Christou, P.; Twyman, R. M. (2004). Plant-based production of biopharmaceuticals.
Current Opinion in Plant Biology, 7, 152–158.
Daniell, H.; Khan, M. S.; Alison. L. (2002). Milestones in chloroplast genetic engineering: an environmentally friendly era
in biotechnology. Trends in Plant Science, 7, 84–91.
Maliga, P. (2002). Engineering the plastid genome of higher plants. Current Opinion in Plant Biology, 5, 164-172.
Heifetz, P. B. (2000). Genetic engineering of the chloroplast. Biochimie, 82, 655-666.
Heifetz, P. B.; Tuttle, A. M. (2001). Protein expression in plastids. Current Opinion in Plant Biology, 4, 157–161.
16
PLANTAS BIOFACTORÍA
Existen algunos ejemplos de productos obtenidos
de plantas de tabaco en las que se han
transformado los cloroplastos y se han conseguido
rendimientos elevados21 como la producción de
hormona del crecimiento humana (8% de la
proteína soluble total o PST 22), albúmina sérica
humana (11% PST 23), fragmentos de las toxinas
colérica y tetánica (25% PST), y producción de
una xilanasa termoestable (6% PST)24.
La transformación de cloroplastos ha tomado un
gran impulso en los dos últimos años. En 2002 se
constituyó una empresa llamada Chlorogen
dedicada a la obtención plantas transplastómicas
mediante bombardeo con microproyectiles, para el
desarrollo de fármacos y otros productos.
A continuación se explican los sistemas de
transformación estable más utilizados, entre los
que se encuentran la transformación con
Agrobacterium, microinyección, bombardeo con
microproyectiles o transformación de protoplastos.
Algunos de estos métodos permiten realizar
transformación nuclear y de cloroplastos.
2.1.1.1. Transformación mediada
por Agrobacterium 25
En la transformación mediada por Agrobacterium
se utiliza este microorganismo como vector para
introducir el material genético recombinante en la
planta que se desea transformar.
Agrobacterium es una bacteria del suelo patógena
para plantas dicotiledóneas y algunas coníferas,
capaz de inducir en estas plantas la formación de
nódulos y agallas que pueden producir incluso la
muerte de la planta. El mecanismo de infección de
Agrobacterium consiste en la inserción en la
planta de una parte de su material genético,
conocido como T-DNA, y contenido a su vez en el
21
22
23
24
25
denominado plásmido Ti. El plásmido Ti es una
molécula de ADN circular y contiene un grupo de
genes denominados vir, que dirigen el proceso de
infección, junto con genes implicados en la
formación de los nódulos en la planta y genes
implicados en la síntesis de aminoácidos
denominados opinas que sirven de nutrientes para
la bacteria. La inserción del T-DNA en la planta
provoca la formación de nódulos y la síntesis de
las opinas.
Mediante manipulación genética del plásmido Ti,
es posible eliminar los genes implicados en la
formación de nódulos y de opinas y sustituirlos
por los genes que deseamos que exprese la
planta. Junto con los genes de interés es
necesario introducir marcadores que permitirán
seleccionar aquellas células que hayan sido
infectadas y hayan integrado este material
genético.
Con estas bacterias recombinantes se pueden
transformar células, tejidos e incluso órganos de
plantas completas. Posteriormente se seleccionan
aquellas células que han sido transformadas y a
partir de ellas se regeneran plantas completas que
presentarán la modificación en todas sus células.
La regeneración de plantas es, en algunos casos,
un proceso dificultoso que necesita un tiempo
relativamente largo, respecto del cultivo de
microorganismos o células animales, lo cual
encarece el producto final. Por otra parte, existen
fenómenos de variación somaclonal asociados
al cultivo in vitro de células vegetales, que deben
ser tenidos en consideración, puesto que pueden
afectar a la producción final.
Otro de los inconvenientes que plantea este
sistema es que muchas monocotiledóneas se han
mostrado tradicionalmente como resistentes a la
infección por Agrobacterium. Las
monocotiledóneas incluyen familias tan
Fischer, R.; Stoger, E.; Schillberg, S.; Christou, P.; Twyman, R. M. (2004). Plant-based production of biopharmaceuticals.
Current Opinion in Plant Biology, 7, 152–158.
Staub, J. M.; Garcia, B.; Graves J.; Hajdukiewicz, P.; Hunter, P.; Nehra, N.; Paradkar, V.; Schlittler, M.; Carroll, J. A.;
Spatola, L.; Ward, D.; Ye, G.; Russell, D. A. (2000). High-yield production of a human therapeutic protein in tobacco
chloroplasts. Nature Biotechnology, 18, 333-338.
Fernández-San Millán, A.; Mingo-Castel, A.; Miller, M.; Daniell, H. (2003). A chloroplast transgenic approach to hyperexpress and purify Human Serum Albumin, a protein highly susceptible to proteolytic degradation. Plant Biotechnology
Journal, 1, 71-79.
Twyman, R. M.; Stoger, E.; Schillberg, S.; Christou, P.; Fischer, R. (2003). Molecular farming in plants: host systems and
expression technology. Trends in Biotechnology, 21, 570-578.
Staub, J. M.; Garcia, B.; Graves J.; Hajdukiewicz, P.; Hunter, P.; Nehra, N.; Paradkar, V.; Schlittler, M.; Carroll, J. A.;
Spatola, L.; Ward, D.; Ye, G.; Russell, D. A. (2000). High-yield production of a human therapeutic protein in tobacco
chloroplasts. Nature Biotechnology, 18, 333-338.
17
importantes como las gramíneas, por lo que ha
sido necesario desarrollar otros sistemas de
transformación. No obstante se ha conseguido
transformar mediante este método algunas
monocotiledóneas muy importantes como maíz,
trigo y arroz.
La inserción del material genético es aleatoria y
puede ocurrir en varios sitios dentro de una
misma célula, pudiendo originar problemas de
silenciamiento o efectos posicionales. Por ello, es
importante seleccionar posteriormente plantas con
elevados niveles de expresión.
Construcción del plásmido Ti
con el gen interés
Integración del ADN
exógeno en el núcleo
Agrobacterium
Infección de la célula vegetal con
Agrobacterium modificado
Figura 4. Transformación mediante Agrobacterium.
2.1.1.2. Transformación biolística26
La transformación biolística consiste en el bombardeo del tejido que se desea transformar con partículas
micrométricas o submicrométricas de oro o tungsteno recubiertas con el material genético que se desea
insertar en la planta. Estas partículas penetran a través de la pared celular y la membrana plasmática
llegando a zonas profundas de las células donde ocurre la inserción. Permite realizar la transformación del
material genético del núcleo o del sistema plastidial (de hecho, es la técnica más utilizada para la
transformación de cloroplastos y se ha probado su éxito con varias especies). Como en el caso de la
transformación con Agrobacterium, se introducen los genes con un marcador y se seleccionan aquellas
células en las que se ha insertado el material correctamente y a partir de ellas se regeneran plantas
completas que presentarán la modificación en todas sus células.
Normalmente este método implica la integración de un número de copias elevado, lo que potencia la
expresión, aunque es necesario controlar el número de copias que se inserta, ya que un nivel de expresión
muy elevado puede causar fenómenos de silenciamiento que llevan a una baja expresión. Por este motivo,
se suelen seleccionar aquellas líneas que llevan entre una y tres copias del transgén, siempre y cuando
estén en tándem.
26
Lessard, P. A.; Kulaveerasingam, H.; York, G.M.; Strong, A.; Sinskey, A. J. (2002). Manipulating Gene Expression for the
Metabolic Engineering of Plants. Metabolic Engineering, 4, 67-79.
18
PLANTAS BIOFACTORÍA
Es el método de elección para la transformación de cereales como arroz, trigo y maíz, y para leguminosas
como la soja.
Percutor
Pólvora
Proyectil
Bolas de ADN
Se carga el proyectil
con los fragmentos
de ADN de interés
Célula vegetal
Los fragmentos de ADN
traspasan las paredes y
membranas celulares
Inserción del ADN en el
cloroplasto o núcleo
Figura 5. Transformación biolística.
2.1.1.3. Microinyección
La incorporación del ADN puede facilitarse
mediante distintos tratamientos que alteran la
La técnica de microinyección implica la inyección
permeablidad de la membrana. Entre estos
directa del material genético mediante
tratamientos se incluyen la aplicación de pulsos
microcapilares o microjeringas bajo control
eléctricos de elevado voltaje que inducen la
microscópico en la célula. Resulta poco efectiva
formación de poros reversibles en la membrana
porque es necesario inyectar las células una a una
del protoplasto (electroporación), o tratamientos
y es necesario inyectar al menos 10.000 células
con agentes químicos que desestabilizan la
para tener la seguridad de que al menos una de
membrana celular como el polietilenglicol (PEG).
ellas ha incorporado el material genético.
En los protoplastos los plastos se sitúan cerca de
Entre las ventajas principales de este sistema se
la membrana celular, por lo que se puede
encuentra la posibilidad de introducir el material
conseguir una permeabilización simultánea de la
genético en orgánulos distintos del núcleo como
membrana celular y de la doble membrana de los
los plastos.
plastos que permita la introducción del material
genético en estos orgánulos.
2.1.1.4. Transformación
de protoplastos27
La obtención de protoplastos con capacidad
regenerativa puede hacerse a partir de distintos
tejidos de la planta, aunque en el caso de cereales
Los protoplastos son células de cualquier tejido
sólo ha sido posible obtenerlos a partir de tejidos
vegetal a las que se elimina la pared celular
inmaduros.
mediante procesos químicos o enzimáticos, que en
suspensión son capaces de incorporar de manera
La principal desventaja de este sistema es la
natural fragmentos de ADN que se encuentren en
dificultad de regenerar plantas a partir de
el medio.
protoplastos.
27
Lessard, P. A.; Kulaveerasingam, H.; York, G. M.; Strong, A.; Sinskey, A. J. (2002). Manipulating gene expression for the
metabolic engineering of plants. Metabolic Engineering, 4, 67-79.
19
En algunos cereales como el maíz, se ha descrito una alternativa a la electroporación de protoplastos, que
consiste en la electroporación de tejidos. Este tipo de electroporación presenta la ventaja de que la
regeneración de plantas a partir de estos tejidos es más sencilla que a partir de protoplastos.28
COMPARACIÓN DE LOS DISTINTOS SISTEMAS DE TRANSFORMACIÓN ESTABLE
Transformación
mediada por
Agrobacterium
Ventajas
Inconvenientes
– Requiere regeneración mediante cultivo de tejidos.
– Efectiva.
– Barata.
– Simple.
– Número de copias bajo.
– Las plantas monocotiledóneas generalmente son reticentes
a esta transformación.
– La integración del transgén se produce al azar pudiendo
dar lugar a efectos de posición, silenciamiento de genes,
etc.
– Requiere regeneración mediante cultivo de tejidos.
– Riesgo de silenciamiento y/o inestabilidad de genes.
Biolístico
– Eficiencia alta.
– Simple.
– Permite transformar
monocotiledóneas.
– Permite transformación
plastidial.
– Riesgo de pérdida de material genético en el disparo o
preparación de las partículas.
– Riesgo de modificación del ADN por ataque químico del
tungsteno.
– Riesgo de inserción doble en plastos y núcleo.
– Requiere equipos costosos.
– En ocasiones puede conducir a una expresión transitoria
difícil de superar.
Protoplastos
Microinyección
– Integración del transgén al azar.
– Puede optimizarse la
cantidad de ADN que se
introduce.
– Permite la elección de la
célula a transformar.
– Descarga precisa y
predecible.
– Requiere personal muy especializado.
– Requiere instrumental.
– Sólo una célula es transformada.
– Integración del transgén al azar.
– Pueden transformarse
plastos.
– Permite transformación
plastidial.
– Equipos relativamente
sencillos comparado con
biolísticos.
– Requiere regeneración.
– Sólo existen protocolos de regeneración para
determinadas especies.
– Integración del transgén al azar.
Tabla 1. Ventajas e inconvenientes de los distintos sistemas de transformación estable.
28
Alexander, P. Sorokin; Xia-Yi, Ke; Dong-Fang Chen and Malcolm C. Elliott (2000). Production of fertile transgenic wheat
plants via tissue electroporation. Plant Science, 156, 227-233.
20
PLANTAS BIOFACTORÍA
2.1.2. Expresión transitoria
La expresión transitoria de genes generalmente se
utiliza para evaluar la funcionalidad de las
La expresión transitoria de genes en plantas
construcciones que se usan para transformar plantas
implica la expresión de proteínas recombinantes
de manera estable, y para evaluar la calidad del
sin necesidad de transformación del material
producto que se obtiene29. Sin embargo, debido a los
genético de la planta. El ADN recombinante no se
inconvenientes que presenta la transformación
inserta en el genoma o plastoma de la planta, sino
nuclear estable, principalmente en cuanto a tiempo,
que mediante distintos métodos se consigue
la expresión transitoria ha ido tomando mayor
producir grandes cantidades de ARN mensajero,
importancia para su utilización como sistema de
que se traduce a proteínas en el citoplasma de
producción de proteínas recombinantes30. Puede
parte de las células de la planta. Una vez que el
llevarse a cabo mediante la utilización de vectores
ARN mensajero es traducido a proteínas la planta
virales o mediante agroinfiltración.
lo degrada, de modo que no se transmite a la
descendencia. Normalmente la expresión
También es posible la expresión transitoria en
transitoria no da rendimientos muy elevados y
plastos, como los sistemas in organello de
requiere un procesado rápido del tejido vegetal
introducción de ADN en plastos aislados y
para evitar la degradación de la proteína
métodos in vivo utilizando tecnologías de
recombinante.
bombardeo de microproyectiles o microinyección.
VENTAJAS DE LA EXPRESIÓN TRANSITORIA
• Expresión rápida y flexible.
• No está influida por efectos de posición.
• Puede inducirse en plantas adultas, previniendo cualquier efecto negativo que la proteína
recombinante pudiese tener en el desarrollo de la planta.
• No es una modificación genética permanente, lo que desde el punto de vista de la seguridad es una
ventaja.
• Ideal para obtener pequeñas cantidades de proteínas “a medida” en pocas semanas31.
29
30
31
Twyman, R. M.; Stoger, E.; Schillberg, S.; Christou, P.; Fischer, R. (2003). Molecular farming in plants: host systems and
expression technology. Trends in Biotechnology, 21, 570-578.
Fischer, R.; Stoger, E.; Schillberg, S.; Christou, P.; Twyman, R. M. (2004). Plant-based production of biopharmaceuticals.
Current Opinion in Plant Biology, 7, 152–158..
Horn, M. E.; Woodard, S. L.; Howard, J. A. (2004). Plant molecular farming: systems and products. Plant Cell Report, 22,
711-720.
21
2.1.2.1. Agroinfiltración32, 33
2.1.2.2. Vectores Virales 35
Consiste en la infiltración mediante vacío de cepas
de Agrobacterium tumefaciens recombinante que
La expresión transitoria de proteínas mediante
contengan los genes que se desean expresar en la
planta. Como en el caso de la transformación
planta con virus recombinantes, que contienen las
estable mediada por Agrobacterium, las proteínas
bajo el control de promotores fuertes.
de la bacteria facilitan la transferencia de los
genes de interés a algunas de las células de la
Los virus infectan la planta y utilizan su
hoja. El transgén se introduce en el núcleo celular,
pero no se integra en el material genético de la
planta.
vectores virales consiste en la inoculación de la
secuencias que se desean expresar en la planta
maquinaria de síntesis proteica para expresar la
secuencia que se ha introducido, dando como
resultado la acumulación de la proteína
En este caso, no es necesario incluir marcadores
recombinante36. La secuencia que se desea
para seleccionar las células transformadas, ya que
expresar, por tanto, nunca se integra en el
no es preciso regenerar una planta, lo que permite
utilizar plásmidos de menor tamaño. La utilización
genoma de la planta y se expresa sólo en la planta
de plásmidos permite introducir construcciones de
mayor tamaño que utilizando vectores virales.
por polen o semillas. Puede elegirse el momento
Un inconveniente de la agroinfiltración es que
permite producir elevados niveles de proteína
recombinante pero durante períodos de tiempo muy
infectada, sin que se transmita a la descendencia
del desarrollo en el que se desea infectar la planta
con el fin de evitar posibles problemas que podría
causar en el desarrollo la acumulación de la
proteína recombinante.
cortos, que generalmente son insuficientes para la
producción a escala comercial. Este hecho se debe a
Pueden usarse distintos tipos de virus vegetales
que se producen fenómenos de silenciamiento
para la construcción de los vectores, aunque lo
postranscripcional. Existen datos que indican que el
silenciamiento postranscripcional puede reducirse
más frecuente es utilizar virus de cadena sencilla
mediante la coexpresión junto con la proteína
recombinante de proteínas virales supresoras de
la alfalfa y del caupí, el virus X de la patata, el
éste, como es el caso de la proteína p19 del virus del
potyvirus de la viruela del ciruelo. Las ventajas
enanismo ramificado del tomate, que se ha
demostrado que es efectiva en Nicotiana
que presentan los virus para ser utilizados como
benthamiana y en Arabidopsis34.
siguiente.
32
33
34
35
36
de ARN, como el virus del mosaico del tabaco, de
virus del enanismo ramificado del tomate y el
sistemas de expresión se indican en la página
Fischer, R.; Stoger, E.; Schillberg, S.; Christou, P.; Twyman, R. M. (2004). Plant-based production of biopharmaceuticals.
Current Opinion in Plant Biology, 7, 152–158.
Fischer, R.; Vaquero-Martin, C.; Sack, M.; Drossard, J.; Emans, N.; Commandeur, U. (1999). Towards molecular farming
in the future: transient protein expression in plants. Biotechnology and Applied Biochemistry, 30, 113-116.
Voinnet, O.; Rivas, S.; Mestre. P.; Baulcombe. D. (2003). An enhanced transient expression system in plants based on
suppression of gene silencing by the p19 protein of tomato bushy stunt virus. The Plant Journal, 33,949-956.
Fischer, R.; Vaquero-Martin, C.; Sack, M.; Drossard, J.; Emans, N.; Commandeur, U. (1999). Towards molecular farming
in the future: transient protein expression in plants. Biotechnology and Applied Biochemistry, 30, 113-116.
Sala, F.; Rigano, M. M.; Barbante, A.; Basso, B.; Walmsley, A. M.; Castiglione, S. (2003). Vaccine antigen production in
transgenic plants: strategies, gene constructs and perspectives. Vaccine, 21, 803-808.
22
PLANTAS BIOFACTORÍA
VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA EXPRESIÓN MEDIANTE VECTORES VIRALES
Ventajas
• Presentan genomas pequeños fácilmente manipulables.
• Poseen un elevado nivel de multiplicación que permite altos rendimientos.
• Algunos tienen un rango de hospedadores elevado, lo que permite usar un mismo vector con
distintas especies.
• Puede realizarse una infección simultánea con varios vectores, consiguiendo la producción de
distintas proteínas en una misma planta.
• Al ser virus vegetales, no existe riesgo de infección a animales o personas.
Inconvenientes
• Es necesario inocular cada generación de plantas.
• Algunas construcciones son inestables, existiendo el riesgo de que se pierdan los transgenes de un
tamaño superior a 1 kb.
Introducción
del vector
en el virus
Virus transformado
Se pone en contacto
el virus modificado
con la planta
Planta infectada
con un virus
transformado
genéticamente
Figura 6. Expresión transitoria de proteínas mediante vectores virales.
23
2.2. Estrategias tecnológicas para optimizar la obtención
de proteínas recombinantes en plantas
Como se ha indicado, uno de los factores críticos en la agricultura molecular es la obtención de una cantidad
de proteína suficientemente elevada37 y, en algunos casos, además es necesario que la proteína que se
obtiene sea estructuralmente idéntica a la proteína nativa.
mani
Purificación
c
za i
Producto final
ón
Proteína recombinante
(vacuna comestible)
Hu
Síntesis
Autenticidad estructural
Degradación
A continuación se indican las estrategias que se
Además de obtener un rendimiento elevado de la
han desarrollado que permiten aumentar el
producción, en el caso de proteínas que serán
rendimiento de la producción de proteínas en
utilizadas en forma pura, es necesario optimizar la
plantas y asegurar la autenticidad estructural.
purificación del producto final. A continuación se
explicarán de manera detallada las principales
estrategias desarrolladas encaminadas a aumentar
2.2.1. Aumento del rendimiento
de producción
Para conseguir que el rendimiento final de la
la síntesis de la proteína recombinante, reducir su
degradación y optimizar su purificación.
2.2.1.1. Aumento de la síntesis
proteína recombinante sea elevado es necesario
optimizar todos los pasos implicados en su
Para obtener una elevada producción de la
síntesis, así como asegurar su estabilidad una vez
proteína recombinante, en primer lugar es
sintetizada protegiéndola de la degradación. Las
necesario que la expresión de los genes
estrategias para conseguir una síntesis proteica
introducidos sea elevada.
elevada se centran principalmente en optimizar la
expresión génica mediante un diseño cuidadoso
El material genético que se introduce en la planta
del transgén que se va a introducir. En cuanto a la
incluye el gen o genes que codifican para la
protección contra la degradación, la principal
proteína de interés junto con secuencias
estrategia consiste en el direccionamiento de las
reguladoras que permiten que estos genes se
proteínas hacia compartimentos celulares en los
expresen correctamente y den lugar a la proteína.
que se encuentren protegidas de la degradación.
Para optimizar la expresión del gen introducido es
37
Twyman, R. M.; Stoger, E.; Schillberg, S.; Christou, P.; Fischer, R. (2003). Molecular farming in plants: host systems and
expression technology. Trends in Biotechnology, 21, 570-578.
24
PLANTAS BIOFACTORÍA
necesario elegir de manera adecuada estas
proteína en aproximadamente 24 horas. La
secuencias. Las principales secuencias reguladoras
empresa CropTech Corp. desarrolló un
de la expresión son secuencias promotoras,
sistema de producción utilizando este
secuencias terminadoras, y otras secuencias no
promotor, que denominaron MeGa (mechanical
traducidas como secuencias líder e intrones38.
gene activation) para la producción de
glucocerebrosidasa en tabaco40, 41.
39
• Secuencias promotoras . Son secuencias que
regulan la transcripción del ADN a ARN.
En cuanto a los promotores inducibles
Permiten controlar en qué momento y lugar y
químicamente existen varios tipos, pero no
bajo qué condiciones se expresa el gen
todos pueden utilizarse en cultivo de campo.
introducido. Se pueden diferenciar varios tipos
Las características que debe tener este tipo
de promotores:
de promotores son: niveles basales de
expresión bajos, un tiempo de respuesta
– Promotores constitutivos. Son aquellos que
rápido, elevada expresión una vez que se
hacen que el gen se transcriba en todos los
activan y que el compuesto inductor no sea
tejidos y en todo momento, sin necesidad de
tóxico. En la tabla 2 se indican algunos de
estímulos. Se utilizan cuando se desea que la
estos promotores42.
planta produzca la proteína recombinante en
todos sus tejidos.
– Promotores específicos de tejido o de órgano.
Se trata de promotores que dirigen la
– Promotores (regulados) inducibles. Son
expresión del gen a determinados tejidos u
aquellos promotores que se activan bajo
órganos. Se han identificado promotores
determinados estímulos, que pueden ser
específicos de órganos como hojas, tubérculos,
químicos o físicos. En este tipo de promotores
frutos o semillas. Cada tipo de promotor
se incluyen promotores regulados por factores
presenta distintas ventajas y la elección del
ambientales o por condiciones fisiológicas de
mismo dependerá del tipo de producto que se
la planta, que se activan sólo en determinados
desee obtener, así como de la plataforma de
momentos del desarrollo. Son especialmente
producción. Así por ejemplo, pueden utilizarse
útiles para la producción de proteínas
promotores que se expresen en órganos que
recombinantes cuya acumulación en la planta
se forman antes de la floración como hojas y
tiene efectos desfavorables sobre el
tubérculos, previniendo la aparición en el
crecimiento, o para prevenir escapes.
polen. O bien promotores específicos de
tejidos en los que la acumulación de proteínas
38
39
40
41
42
43
44
Un ejemplo de promotor inducible por
sea elevada, ya que estos órganos presentan
estímulos físicos es el promotor de la enzima
un ambiente protector frente a la degradación,
hidroxil-3-metilglutaril CoA reductasa 2
como es el caso de las semillas. La expresión
(HMGR2) de tomate. Esta enzima se activa
en órganos comestibles presenta ventajas para
cuando en la planta se produce un daño
la expresión de moléculas dirigidas a una
mecánico produciéndose la síntesis de la
administración por vía oral43, 44.
Sala, F.; Rigano, M. M.; Barbante, A.; Basso, B.; Walmsley, A. M.; Castiglione, S.(2003). Vaccine antigen production in
transgenic plants: strategies, gene constructs and perspectives. Vaccine, 21, 803-808.
Yoshida, K.; Shinmyo, A. (2000). Transgene expression systems in plant, a natural bioreactor. Journal of Bioscience and
Bioengineering, 90, 353-362.
Ma, J. K.; Drake, P.M.; Christou, P. (2003). The Production of Recombinant Pharmaceultical Proteins in Plants. Nature, 4,
794-805.
Fischer, R.; Stoger, E.; Schillberg, S.; Christou, P.; Twyman, R. M. (2004). Plant-based production of biopharmaceuticals.
Current Opinion in Plant Biology, 7, 152–158.
Voinnet, O.; Rivas, S.; Mestre, P.; Baulcombe, D. (2003). An enhanced transient expression system in plants based on
suppression of gene silencing by the p19 protein of tomato bushy stunt virus. The Plant Journal, 33, 949-956.
Lessard, P. A.; Kulaveerasingam, H.; York, G. M.; Strong, A.; Sinskey, A. J. (2002). Manipulating gene expression for the
metabolic engineering of plants. Metabolic Engineering, 4, 67-79.
Yoshida, K.; Shinmyo, A. (2000). Transgene expression systems in plant, a natural bioreactor. Journal of Bioscience and
Bioengineering, 90, 353-362.
25
PROMOTORES UTILIZADOS EN AGRICULTURA MOLECULAR
Promotores constitutivos
Nombre
Origen
35 S
Virus del Mosaico de la Coliflor (CaMV)
Ubiquitina-1
Vegetal
Actina
Vegetal
Promotores inducibles
Nombre
Inductor
Probado en
GVHvEcR
Tebufenozida
Tabaco
GVCfEcR
Metoxifenozida
Maíz y tabaco
AlcR
Etanol
Arabidopsis, tabaco y patata
ADEI
Cobre
Arabidopsis y tabaco
PR-1a
Benzotiadiazol
Tabaco
In2-2
Agroquímicos
Arabidopsis
MeGa
Daño mecánico
Tabaco
Promotores específicos de tejido
Tejido
Nombre
β-conglicinina
Opaque-2
AmA27
OsGT1
Lox de guisante
Psl de guisante
NapA de colza
Bn-III de colza
Semillas
Arc5-I de judía
Phas de judía
α-bcsp de soja
P-Lh de Lesquerella
Amy1A de arroz
GluB-1 de arroz
Z4 de maíz
Tapuro-b de trigo
Fruto
2A11 de tomate
Patatin
Tubérculos
StMPI
Hojas
Lhcb3 de Arabidopsis
Polen
Lat52
Tabla 2. Ejemplos de promotores utilizados en agricultura molecular45, 46.
45
46
Lessard, P. A.; Kulaveerasingam, H.; York, G. M.; Strong, A.; Sinskey, A. J. (2002). Manipulating gene expression for the
metabolic engineering of plants. Metabolic Engineering, 4, 67-79.
Yoshida, K.; Shinmyo, A. (2000). Transgene expression systems in plant, a natural bioreactor. Journal of Bioscience and
Bioengineering, 90, 353-362.
26
PLANTAS BIOFACTORÍA
• Secuencias terminadoras de la transcripción.
Son secuencias que influyen en la estabilidad del
mRNA. Las secuencias terminadoras más
utilizadas son las señales de poliadenilación
derivadas del gen de la nopalina sintasa de
Agrobacterium tumefaciens y del gen ssu del
guisante47. Existen estudios que señalan otros
terminadores que podrían ser más efectivos, al
menos en dicotiledóneas, como las regiones no
codificadoras en 3´ del gen Me1 y del gen H3 de
la histona de trigo48.
• Otras secuencias. En este tipo de secuencias
se incluyen intrones y secuencias líder en 5’.
Los intrones son secuencias de ADN que son
transcritas a ARN y que posteriormente se
eliminan durante el proceso de maduración, de
modo que no se traducen a proteínas. No se
conoce bien el mecanismo por el que producen
el aumento de la expresión, pero distintos
estudios señalan que influyen tanto el tipo de
intrón del que se trate, como su posición, siendo
los más adecuados los que se encuentran en la
región 5’ codificante. Algunos ejemplos de
intrones que se han utilizado para aumentar la
expresión son el intrón 1 del gen de la actina de
arroz, el intrón 1 del gen de la ubiquitina de
maíz, el intrón 1 del gen de la sacarosa sintasa
de maíz y el intrón 1 del gen de la alcohol
deshidrogenasa de maíz49.
Entre las secuencias líder en 5’ no traducidas
que aumentan la expresión se encuentra la
secuencia líder en 5’ derivada del virus del
mosaico del tabaco, denominada secuencia
omega50.
47
48
49
50
51
52
• Eliminación del silenciamiento. El
silenciamiento es un conjunto de fenómenos
epigenéticos que pueden inhibir la expresión de
los transgenes tanto a nivel transcripcional como
postranscripcional. Es muy importante tenerlo en
cuenta a la hora de diseñar una planta
transgénica, ya que puede dar lugar a la
ausencia de expresión de la proteína
recombinante.
El silenciamiento transcripcional se relaciona con
la inserción del transgén cerca de zonas de
cromatina inactiva. La transformación de
cloroplastos es la principal estrategia para
eliminar este tipo de silenciamiento, ya que la
inserción del transgén no se produce al azar,
sino que ocurre por recombinación homóloga en
lugares determinados51.
El silenciamiento postranscripcional en plantas
parece estar relacionado con mecanismos de
defensa frente a virus vegetales, mediante la
degradación del material genético de los
mismos. Existen investigaciones que señalan la
existencia de determinados virus que expresan
proteínas virales supresoras del silenciamiento
como es el caso de la proteína p19 del virus del
enanismo ramificado del tomate. Se ha
demostrado que la coexpresión de la proteína
recombinante de interés junto con esta proteína
supresora, es efectiva para reducir el
silenciamiento postranscripcional en Nicotiana
benthamiana y en Arabidopsis52.
Se ha descrito otro tipo de secuencias
denominadas MARS (matrix attachment regions)
que facilitan la unión a la matriz nuclear. La
Ma, J. K.; Drake, P. M.; Christou, P. (2003). The Production of Recombinant Pharmaceultical Proteins in Plants. Nature, 4,
794-805.
Lessard, P. A.; Kulaveerasingam, H.; York, G. M.; Strong, A.; Sinskey, A. J. (2002). Manipulating gene expression for the
metabolic engineering of plants. Metabolic Engineering, 4, 67-79.
Lessard, P. A.; Kulaveerasingam, H.; York, G. M.; Strong, A.; Sinskey, A. J. (2002). Manipulating gene expression for the
metabolic engineering of plants. Metabolic Engineering, 4, 67-79.
Fischer, R.; Twyman, R. M.; Schillberg, S. (2003). Production of antibodies in plants and their use for global health.
Vaccine, 21, 820–825.
Yoshida, K.; Shinmyo, A. (2000). Transgene expression systems in plant, a natural bioreactor. Journal of Bioscience and
Bioengineering, 90, 353-362.
Voinnet, O.; Rivas, S.; Mestre. P.; Baulcombe. D. (2003). An enhanced transient expression system in plants based on
suppression of gene silencing by the p19 protein of tomato bushy stunt virus. The Plant Journal, 33,949-956.
27
inclusión de estas secuencias en los extremos del
compartimentos celulares u orgánulos en los que
trasgén no sólo parece aumentar la expresión del
ésta se encuentre protegida. El direccionamiento
gen, sino que además reduce los fenómenos de
de proteínas se lleva a cabo mediante secuencias
silenciamiento.
denominadas péptido señal que se encuentran en
la proteína y contienen información sobre el lugar
2.2.1.2. Protección contra la degradación.
Aumento de la estabilidad53, 54
El rendimiento total se refiere a la proteína
almacenada en los tejidos de la planta, por lo que
además de conseguir una elevada síntesis de la
hacia el que debe dirigir55. Los compartimentos
celulares que presentan un ambiente favorable
para el almacenamiento de proteínas hacia los que
se puede realizar un direccionamiento de las
mismas son retículo endoplásmico (RE), vacuolas
y cloroplastos.
proteína recombinante, es necesario lograr que
permanezca estable y evitar que sea degradada
Existe otra estrategia para proteger a las proteínas
por los sistemas proteolíticos que posee la célula
de la degradación que es la acumulación en
para eliminar las proteínas foráneas.
semillas. Las semillas son órganos de la planta
que presentan un alto contenido en proteínas y un
La síntesis de las proteínas nativas de la planta se
ambiente protector contra la degradación de las
produce en el citosol de la célula, donde pueden
mismas debido a su bajo contenido en humedad.
ser liberadas o bien dirigirse hacia otros
La acumulación en este órgano puede realizarse,
compartimentos celulares. Uno de los principales
tal y como se ha indicado en el apartado dedicado
sistemas que permiten proteger a las proteínas de
a los promotores, mediante el uso de promotores
la degradación es el direccionamiento hacia
específicos de semillas.
DIRECCIONAMIENTO DE PROTEÍNAS HACIA COMPARTIMENTOS CELULARES
Retículo endoplásmico (RE)
Es un compartimento celular que presenta un ambiente favorable para la acumulación de proteínas
debido a la baja cantidad de proteasas que contiene, así como a su ambiente oxidante. El
direccionamiento de proteínas hacia este orgánulo permite una acumulación de varios órdenes de
magnitud mayor que la acumulación en el citoplasma. Presenta otras ventajas relacionadas con la
conformación y maduración de la proteína, que se explicarán más adelante.
Para realizar el direccionamiento hacia el RE es necesario adicionar en el extremo amino terminal de
la proteína péptidos señal. Una vez en el RE, en caso de que no existan más señales, la proteína
pasará al aparato de Golgi y de aquí al espacio que existe entre la membrana plasmática y la pared
celular (apoplasto), desde donde las proteínas de menor tamaño serán secretadas y las de mayor
tamaño quedarán retenidas.
Para conseguir que las proteínas queden retenidas en el RE se adiciona un péptido denominado H/KDEL en
el extremo carboxilo terminal, consiguiendo que las proteínas que han pasado al aparato de Golgi regresen
al RE. Este péptido es la señal que llevan las proteínas residentes en el RE y su adición a las proteínas evita
que se produzcan las modificaciones que ocurren en el aparato de Golgi56, 57.
(continúa en página siguiente)
53
54
55
56
57
Twyman, R. M.; Stoger, E.; Schillberg, S.; Christou, P.; Fischer, R. (2003). Molecular farming in plants: host systems and
expression technology. Trends in Biotechnology, 21, 570-578.
Ma, J. K.; Drake, P.M.; Christou, P. (2003). The Production of Recombinant Pharmaceultical Proteins in Plants. Nature, 4,
794-805.
Lessard, P. A.; Kulaveerasingam, H.; York, G. M.; Strong, A.; Sinskey, A. J. (2002). Manipulating gene expression for the
metabolic engineering of plants. Metabolic Engineering, 4, 67-79.
Twyman, R. M.; Stoger, E.; Schillberg, S.; Christou, P.; Fischer, R. (2003). Molecular farming in plants: host systems and
expression technology. Trends in Biotechnology, 21, 570-578.
Fischer, R.; Stoger, E.; Schillberg, S.; Christou, P.; Twyman, R. M. (2004). Plant-based production of biopharmaceuticals.
Current Opinion in Plant Biology, 7, 152–158.
28
PLANTAS BIOFACTORÍA
DIRECCIONAMIENTO DE PROTEÍNAS HACIA COMPARTIMENTOS CELULARES (continuación)
Vacuolas
Las células vegetales poseen distintos tipos de vacuolas con diferentes funciones, entre las que se
incluyen vacuolas de acumulación de proteínas. La acumulación de proteínas en estas vacuolas se
produce mediante secuencias específicas denominadas determinantes de direccionamiento vacuolar
C-terminal (ct-VSD en sus siglas en inglés), que dirigen a las proteínas procedentes del RE o del
aparato de Golgi hacia la vacuola. Se han identificado secuencias ct-VSD en pro-regiones de proteínas
de almacenamiento como en la lectina de la cebada y la albúmina 2S de la nuez de brasil, y en
proteínas relacionadas con patogénesis como la osmotina, chitinasa y β-1,3-glucanasa.
A pesar de la identificación de estas secuencias, los datos sobre el direccionamiento de proteínas
recombinantes a este tipo de vacuolas parecen insuficientes para el desarrollo de un sistema de
acumulación de proteínas en elevada concentración en estos orgánulos58, 59.
Cloroplastos
En el apartado dedicado a las tecnologías de transformación se han explicado en detalle las
tecnologías que permiten la expresión de proteínas en cloroplastos mediante la inserción del material
genético que codifica para las mismas en el material genético del cloroplasto. Otra alternativa que
permite acumular proteínas en este orgánulo es el direccionamiento de proteínas sintetizadas en el
citosol hacia el cloroplasto, mediante la adición en el extremo amino terminal de la secuencia de los
23 primeros aminoácidos de la subunidad pequeña de la proteína rubisco de guisante60.
2.2.1.3. Aumento del rendimiento
de la purificación
coste de su extracción y purificación es muy
elevado, pudiendo llegar a ser el 95% del coste de
producción, principalmente en proteínas en las
Puede ocurrir que el producto de interés que se
que se requiere un grado de pureza alto. El grado
produce en una planta pueda utilizarse sin
de pureza dependerá del tipo de uso que tendrá la
purificar, como sería el caso de la expresión
proteína recombinante. En el caso de productos de
productos de administración en tejidos
uso terapéutico que se administrarán por vía
comestibles. No obstante, lo más frecuente es que
parenteral se necesita un grado de pureza muy
el producto deba ser extraído y purificado.
elevado y se deben cumplir las indicaciones de la
agencia de control correspondiente (FDA,
La extracción del producto de interés incluye una
EMEA, etc.). En los productos para uso industrial
serie de etapas comunes en la extracción de la
como enzimas, por ejemplo, generalmente no se
proteína que son el pre-procesamiento del
requiere un grado de pureza tan alto.
material mediante molienda o troceado, la
extracción de las proteínas y una posterior
Un elevado contenido de proteína facilita la
purificación61.
purificación, pero como se ha indicado, no siempre
es posible conseguirlo, de modo que es necesario
La etapa de purificación de las proteínas
el desarrollo de métodos de purificación que
recombinantes es una etapa clave, debido a que el
permitan recuperar gran parte de la proteína a
58
59
60
61
Yoshida, K.; Matsui, T.; Shinmyo, A. (2004). The plant vesicular transport engineering for production of useful
recombinant proteins. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, 28, 167-171.
Jiang, L.; Sun, S-M. (2002). Membrane anchors for vacuolar targeting: application in plant bioreactors. Trends in
Biotechnology, 20, 99-102.
Lessard, P. A.; Kulaveerasingam, H.; York, G. M.; Strong, A.; Sinskey, A. J. (2002). Manipulating gene expression for the
metabolic engineering of plants. Metabolic Engineering, 4, 67-79.
Nikolov, Z. L.; Woodard, S. L. (2004). Downstream processing of recombinant proteins from transgenic feedstock.
Current Opinion in Biotechnology, 15, 479-486.
29
costes económicos. A continuación se indican
lipídicos del grano, pasando a formar parte de
algunas de las estrategias:
esta estructura. Posteriormente las semillas se
molturan y mediante centrifugación se separa
la fracción lipídica en la que está incluida la
• Proteínas de fusión. Consiste en fusionar la
proteína de fusión.
proteína de interés a una proteína que presenta
afinidad por distintos componentes celulares.
A continuación se indican algunos ejemplos:
La purificación de la proteína recombinante se
realiza finalmente mediante tratamiento con
– Proteínas de fusión con oleosinas. Las
una endoproteasa que rompe la proteína de
oleosinas son proteínas lipofílicas que se
fusión, quedando la proteína recombinante
expresan en semillas oleaginosas y forman
libre y la oleosina unida a los cuerpos lipídicos,
parte de estructuras denominadas cuerpos
que se separan de nuevo por centrifugación.
lipídicos, en los que se almacenan aceites. La
La proteína de fusión permanece estable en
fusión se realiza mediante ingeniería genética
las semillas desecadas durante largos períodos
añadiendo al gen de la proteína de interés el
de tiempo y en los cuerpos lipídicos durante
gen de la oleosina, y se combina con una
3 ó 4 semanas de media62. Es un método
expresión dirigida en el grano, donde la
patentado por la empresa SemBioSys
concentración de aceite es mayor.
Genetics Inc.; que se ha utilizado para la
producción de hirudina, proteína
La presencia de la oleosina hace que la
anticoagulante producida por las glándulas
proteína de fusión se dirija hacia los cuerpos
salivares de la sanguijuela.
Secuencia genética
de la oleosina
Secuencia genética
de la proteína
de interés
Material
genético
de la planta
Célula modificada
genéticamente
Proteína de
interés
Oleosina
Cártamo
Cártamo modificado
genéticamente
Cuerpo lipídico
Semillas
Adición de
la proteasa
Fracción lipídica
Fracción proteica
Molturación
de las semillas
Centrifugación
Figura 7. Proteínas de fusión con oleosinas.
62
Van Rooijen, G. J.; Moloney, M. M. (1995). Plant seed oil-bodies as carriers for foreign proteins. Biotechnology, 13, 72-77.
30
PLANTAS BIOFACTORÍA
– Fusión de oleosinas con la proteína A para
purificación de anticuerpos. Esta tecnología es
una adaptación de la fusión con oleosinas para
la purificación de anticuerpos producidos en
cártamo. En la planta se producen dos proteínas
recombinantes que son el anticuerpo de interés
y una proteína de fusión compuesta por una
oleosina fusionada a la proteína A, que es una
proteína con gran afinidad por los anticuerpos.
La producción de las proteínas se dirige para
que se sinteticen en compartimentos celulares
Secuencia genética
de la oleosina
distintos y no exista contacto entre ambas
durante el crecimiento de la planta. Una vez que
se muele el grano y las proteínas entran en
contacto, se forman complejos entre el
anticuerpo y la proteína A que está anclada a los
cuerpos lipídicos a través de la oleosina. Al igual
que sucede con la hirudina, se separa la fase
lipídica y, en este caso, mediante tratamiento
con ácido se produce la disociación de los
complejos formados por el anticuerpo y la
proteína A unida a la oleosina.
Secuencia genética
de la Proteína A
Célula modificada
genéticamente
Material
genético
de la planta
Anticuerpo
Retículo endoplásmico
Cártamo
Proteína A
Oleosina
Cártamo modificado
genéticamente
Cuerpo lipídico
Semillas
Complejos Anticuerpo
y Proteína A-Oleosina
Anticuerpos libres
Acidificación
y lavados
Molturación
de las semillas
Anticuerpo
Proteína A
Oleosina
Figura 8. Fusión de oleosinas con la proteína A.
31
– Fusión de la proteína recombinante a
2.2.2. Autenticidad estructural 66
dominios de membrana. Los dominios de
membrana permiten anclar la proteína de
fusión a la membrana plasmática, que se
puede aislar de una manera sencilla. Una vez
aisladas las membranas en las que se
encuentra la proteína de fusión, ésta se extrae
mediante el uso de detergentes y disoluciones
reguladoras. Además, el anclaje de las
proteínas a la membrana las protege de la
degradación. Existen distintos dominios con
estas funciones como el dominio de membrana
del receptor de la célula T humana63, o los
motivos dilisina o diarginina64.
• Direccionamiento a la vía secretora. Existen
dos estrategias descritas recientemente que son
la rizosecreción y la filosecreción y consisten en
la secreción de la proteína recombinante por
exudados de las raíces o de las hojas. Estas
estrategias permiten obviar el paso de
extracción de los tejidos, aunque presentan
otros inconvenientes relacionados con la
Existen proteínas relativamente simples como es
el caso de la insulina, el interferón o la hormona
de crecimiento humano que no requieren un
procesamiento postraduccional o plegamientos
para tener actividad biológica, pero en la mayor
parte de los casos este tipo de modificaciones son
necesarias para que la proteína sea activa. Las
plantas son capaces de realizar algunas de estas
modificaciones postraduccionales, siendo ésta una
de sus principales ventajas frente a otros sistemas
de expresión como bacterias y levaduras.
Los anticuerpos son un ejemplo de proteínas
formadas por varias cadenas que deben plegarse y
ensamblarse con el fin de que la molécula sea
funcional. El retículo endoplásmico posee el
ambiente necesario para que se produzca el
plegado y ensamblado de las cadenas, por lo que
es preciso el direccionamiento de las cadenas que
forman los anticuerpos hacia este compartimento.
recolección de los exudados.
En el retículo endoplásmico además del plegado y
En el caso de la rizosecreción puede dirigirse la
ensamblado de las cadenas de los anticuerpos se
producción de la proteína recombinante hacia las
produce una modificación postraduccional
raíces e inducirse la formación de raíces aéreas,
denominada glicosilación.
de modo que la proteína puede recuperarse
mediante cultivo hidropónico.
La glicosilación consiste en la adición de
precursores de oligosacáridos, denominados
En el caso de las secreciones por las hojas se
N-glicanos, en aminoácidos específicos de la
trata de la gutación, que es un fenómeno que
cadena polipeptídica. Las proteínas en el retículo
ocurre de manera natural en las plantas. La
endoplásmico se van transportando hacia el
gutación consiste en el exudado de gotas de
aparato de Golgi y durante este transporte el
líquido en los márgenes de las hojas,
N-glicano añadido va sufriendo reacciones de
principalmente en estructuras denominadas
maduración que consisten en la eliminación y
hidátodos, aunque puede ocurrir también a
adición de distintos residuos de azúcares.
través de la cutícula y de los estomas. Mediante
el direccionamiento de la proteína recombinante
La N-glicosilación en plantas es ligeramente diferente
hacia el retículo endoplásmico, se consigue la
a la glicosilación que realizan los mamíferos debido a
secreción de la proteína hacia el apoplasto de las
las modificaciones que ocurren en el aparato de Golgi
hojas, de donde pasa al fluido secretado
lejano. Las diferencias consisten en la adición de
mediante la gutación65.
residuos de xilosa y cambios en los enlaces que unen
las fucosas, que en mamíferos son de tipo α-(1,6) y
63
64
65
66
Ambos sistemas constituyen sistemas de
en plantas son de tipo α-(1,3). Además, en el caso
producción de proteínas recombinantes
de mamíferos se añade ácido siálico, que parece que
continuos y no destructivos.
está implicado en tiempos más largos de eliminación
Fischer, R.; Stoger, E.; Schillberg, S.; Christou, P.; Twyman, R. M. (2004). Plant-based production of biopharmaceuticals.
Current Opinion in Plant Biology, 7, 152–158.
Lessard, P. A.; Kulaveerasingam, H.; York, G. M.; Strong, A.; Sinskey, A. J. (2002). Manipulating gene expression for the
metabolic engineering of plants. Metabolic Engineering, 4, 67-79.
Komarnytsky, S.; Borisjuk, N. V.; Borisjuk, L. G.; Alam, M. Z.; Raskin, I. (2000). Production of Recombinant Proteins in Tobacco
Guttation Fluid. Plant Physiology, 124, 927–933.
Gomord, V.; Faye, L. (2004). Posttranslational modification of therapeutic proteins in plants. Current Opinion in Plant
Biotechnology, 7, 171-181.
32
PLANTAS BIOFACTORÍA
de las proteínas del torrente circulatorio. Estas
dar lugar a la aparición de respuestas alérgicas en
diferencias, aunque parecen pequeñas, podrían tener
personas, debido a que los residuos de fucosa
efectos en la actividad, la distribución y la vida media
α-(1,3) y xilosa forman parte de epítopos de
de las proteínas recombinantes.
determinados alérgenos de plantas y se han
encontrado anticuerpos en suero humano que son
Existen estudios que indican la existencia de
reactivos contra estos residuos. Aunque la
diferencias en la glicosilación entre distintas
existencia de anticuerpos contra este tipo de
especies, y dentro de una misma especie en
glicanos en el suero no implica una reacción
diferentes estados del desarrollo. Este hecho debe
adversa, parece que su presencia podría inducir
ser tenido en cuenta a la hora de elegir la planta
una eliminación más rápida de este tipo de
que se usará como biofactoría, aunque todas las
proteínas del torrente sanguíneo, lo cual unido a la
especies que se han usado hasta ahora para
ausencia del ácido siálico, que aumenta el tiempo
producir proteínas terapéuticas tienen la
de eliminación, podría comprometer su eficacia
capacidad de asociar los residuos de fucosa y de
terapéutica in vivo 68.
67
xilosa tal y como se ha indicado .
Todo esto ha llevado a la búsqueda de estrategias
Se ha considerado también la posibilidad de que
que permitan “humanizar” el patrón de
los glicanos específicos de las plantas pudiesen
glicosilación de las proteínas en plantas.
ESTRATEGIAS DE “HUMANIZACIÓN” DE PROTEÍNAS EN PLANTAS
• Almacenamiento de las proteínas en el retículo endoplásmico, evitando que pasen al aparato
de Golgi donde se añaden este tipo de residuos. Se consigue mediante la adición de secuencias
H/KDEL, como se ha explicado en el apartado de protección contra la degradación.
• Inhibición de las enzimas glicosiltransferasas de plantas, que son las enzimas que catalizan
la unión de los residuos de N-glicanos. Se han clonado los genes de varias enzimas de este tipo y se
ha comprobado en el musgo Physcomitrella patens, que el bloqueo de los genes de dos de estas
enzimas previene la producción de los epítopos específicos de plantas sin afectar a la secreción de la
proteína.
• Expresión de glicosiltransferasas de mamíferos en las plantas. La expresión de estas enzimas
en plantas permitiría completar la maquinaria del aparato de Golgi para la maduración de proteínas
y podría competir con la maquinaria que realiza las modificaciones específicas de las plantas.
• Eliminación de las secuencias de reconocimiento para la N-glicosilación. Esta estrategia se
utiliza en aquellos casos en los que no se requiere la glicosilación de la proteína para que sea
funcional69.
67
68
69
Elbers, I. J. W.; Stoopen, G. M.; Bakker, H.; H. Stevens, L.; Bardor, M.; Molthoff, J. W.; Jordi, W. J. R. M.; Bosch, D.;
Lommen, A. (2001). Influence of growth conditions and developmental stage on N-glycan heterogeneity of transgenic
immunoglobulin G and endogenous proteins in tobacco leaves. Plant Physiology, 126 1314–1322.
Ma, J. K.; Drake, P. M.; Christou, P. (2003). The Production of Recombinant Pharmaceultical Proteins in Plants. Nature, 4,
794-805.
Stoger, E.; Sack, M.; Fischer, R.; Christou, P. (2002). Plantibodies: applications, advantages and bottlenecks. Current
Opinion in Biotechnology, 13, 161-166.
33
TECNOLOGÍAS DISEÑADAS PARA REDUCIR EL IMPACTO DE LOS FACTORES
CRÍTICOS DE LAS PLANTAS BIOFACTORÍA
Factores Críticos
Tecnologías
Uso de promotores constitutivos, inducibles y específicos de tejido.
Secuencias terminadoras.
Intrones y secuencias líder.
Eliminación del silenciamiento.
Baja producción
Direccionamiento a orgánulos (retículo endoplásmico, vacuolas,
membranas celulares y cloroplastos).
Transformación de cloroplastos.
Proteínas de fusión.
Direccionamiento a la vía secretora.
Direccionamiento a retículo endoplásmico.
Inhibición de las enzimas implicadas en la glicosilación en plantas.
Autenticidad
estructural
Expresión de enzimas implicadas en la glicosilación en mamíferos.
Inhibición de la glicosilación mediante la eliminación de los lugares de
glicosilación.
Tiempos de
desarrollo largos
Expresión transitoria.
Transformación de cloroplastos.
Riesgos por flujo
de polen
Expresión transitoria.
Androesterilidad.
Riesgo de ingestión
por animales
silvestres
Riesgo de
contaminación
de semillas
Riesgo de entrada en la
cadena alimentaria
Promotores inducibles tras el cosechado por daño mecánico.
Expresión de la proteína en forma inactiva que debe ser procesada
(proteínas de fusión).
Uso de genes “terminator”.
Promotores inducibles tras el cosechado.
Direccionamiento a retículo endoplásmico.
Inhibición de las enzimas implicadas en la glicosilación en plantas.
Riesgos de
alergias
Expresión de enzimas implicadas en la glicosilación en mamíferos.
Inhibición de la glicosilación mediante la eliminación de los lugares de
glicosilación.
Tabla 3. Resumen de las tecnologías diseñadas para reducir el impacto de los factores críticos de las plantas biofactoría.
34
PLANTAS BIOFACTORÍA
3. Cultivos de interés en agricultura
molecular
Existe un número elevado de cultivos, entre los
cuanto a pureza. Por ejemplo, para proteínas que
que se incluyen tabaco, cereales,
tienen un elevado valor económico se podría
leguminosas, frutas, hortalizas, etc., que son
justificar la utilización de plantas cuyo cultivo resulte
susceptibles de ser utilizados como biofactorías de
más caro, o para proteínas que se administren por
moléculas de interés.
vía oral sería necesario usar plantas comestibles70.
Por tanto, la elección del cultivo que se va a utilizar
Aunque existen una serie de factores importantes a
para la expresión de una proteína recombinante
tener en cuenta a la hora de realizar la elección del
debe hacerse de manera individual para cada tipo de
cultivo, como el rendimiento, la estabilidad del tejido
proteína.
en el que se expresa la proteína, el coste de
almacenaje y distribución, la facilidad de purificación,
Una vez seleccionado el cultivo, en función del
riesgos ambientales, etc., no existe una norma
órgano o tejido en el que se desee expresar la
general que pueda seguirse, ya que no todas las
proteína recombinante se deberán utilizar los
proteínas recombinantes tendrán el mismo precio en
promotores más adecuados tal y como se ha
el mercado ni tienen los mismos requerimientos en
explicado en el apartado de tecnologías.
FACTORES A TENER EN CUENTA PARA LA ELECCIÓN DE UN CULTIVO PARA SU USO
COMO UNA BIOFACTORÍA
• Disponibilidad de protocolos de transformación que permitan expresar la proteína que se desea
obtener de la manera más sencilla posible.
• Velocidad de escalado.
• Rendimiento del cultivo por unidad de superficie cultivada (rendimiento de biomasa).
• Rendimiento de la proteína transgénica por unidad de biomasa cosechada.
• Coste del cultivo (necesidad de invernaderos o requerimientos de nutrientes especiales).
• Existencia de infraestructura que permita la recolección y procesado.
• Estabilidad de la proteína en el tejido en el que se acumula.
• Coste del almacenamiento y transporte del órgano o tejido de la planta en el que se encuentra la
proteína recombinante.
• Coste de purificación.
• Presencia de sustancias tóxicas que haya que eliminar en el procesado.
• Riesgos ambientales de escapes a través de polen o de consumo por animales herbívoros o insectos
del tejido que contiene la proteína recombinante.
70
Ma, J. K.; Drake, P.M.; Christou, P. (2003). The Production of Recombinant Pharmaceultical Proteins in Plants. Nature, 4,
794-805.
35
A continuación se indican los cultivos más usados
proteínas es necesario realizar un procesado
en agricultura molecular. La clasificación no se ha
inmediato tras la recolección y, si esto no es
realizado teniendo en cuenta la familia a la que
posible, debe desecarse o congelarse el tejido.
pertenecen, sino el órgano en el que se expresan
las proteínas71.
Otros posibles inconvenientes que puede presentar la
expresión de las proteínas recombinantes en las
hojas estarían relacionados con una posible
3.1. Plantas de hoja
y forrajeras
interferencia en el desarrollo de la planta o con
riesgos ambientales debido al consumo de estas
hojas por insectos o animales herbívoros.
En este grupo de cultivos se incluyen aquellas plantas
que se usan en agricultura molecular en las que se
produce la acumulación de proteínas en la parte aérea
de la planta, principalmente en el tejido foliar, como es
el caso del tabaco, alfalfa, lechuga o soja.
Las ventajas que presenta este tipo de plantas en
general son el elevado rendimiento en biomasa, el
Tabaco72
El tabaco (Nicotiana tabacum) es un cultivo con
una gran importancia en biotecnología de plantas
ya que se utiliza como modelo de experimentación
debido principalmente a la facilidad que presenta
para ser transformado. Éste es el motivo principal
gran potencial para escalado que poseen y la
por el que el tabaco es el cultivo más utilizado en
existencia de infraestructura para su procesado.
agricultura molecular, ya que existen distintos
protocolos de expresión de proteínas
El inconveniente principal que presentan es debido
recombinantes que pueden usarse de manera
al elevado contenido en agua que posee el tejido
rutinaria en este cultivo. En el siguiente cuadro se
foliar, que hace que las proteínas sean inestables y
indican las principales ventajas e inconvenientes
pueda producirse una disminución del
que presenta el tabaco para ser usado como
rendimiento. Para evitar o reducir esta pérdida de
biofactoría de proteínas recombinantes.
VENTAJAS E INCONVENIENTES DEL TABACO COMO BIOFACTORÍA
Ventajas
• Existe una tecnología muy desarrollada para la transferencia y expresión de genes en tabaco.
• Única especie en la que la transformación de cloroplastos se hace de manera rutinaria.
• Posee un alto rendimiento de biomasa.
• Produce gran cantidad de semillas.
• Fácil reproducción.
• Potencial para un escalado rápido.
• Disponibilidad de infraestructuras para el procesado a gran escala.
• No es una planta comestible, por lo que se reduce el riesgo de paso a la cadena alimentaria.
• No es necesario completar el ciclo biológico para obtener la proteína recombinante, lo que
disminuye el riesgo de contaminación cruzada.
Desventajas
• Baja estabilidad de las proteínas en el tejido una vez cosechado, por lo que debe ser congelado o
secado para su transporte o procesado.
• Posee compuestos fenólicos que se liberan durante la extracción de las proteínas recombinantes.
• Produce elevados niveles de alcaloides tóxicos, aunque existen variedades con bajo contenido en alcaloides.
• No es comestible, de modo que es necesario purificar la proteína.
71
72
Twyman, R. M.; Stoger, E.; Schillberg, S.; Christou, P.; Fischer, R. (2003). Molecular farming in plants: host systems and
expression technology. Trends in Biotechnology, 21, 570-578.
Ma, J. K.; Drake, P. M.; Christou, P. (2003). The Production of Recombinant Pharmaceultical Proteins in Plants. Nature, 4,
794-805.
36
PLANTAS BIOFACTORÍA
En la mayor parte de los casos se usa
transformación nuclear para la producción de
Existe una compañía canadiense llamada
proteínas en tejido foliar pero, como se ha
permiten acumular niveles elevados de proteínas
indicado en el apartado de tecnologías, puede
en las hojas de alfalfa.
Medicago, que ha aislado nuevos promotores que
realizarse un direccionamiento hacia la vía
secretora consiguiendo que las proteínas se
exuden por las hojas o por las raíces. Esta
tecnología está bajo desarrollo comercial para la
producción de fosfatasa alcalina humana
Otras especies
secretada por la empresa Phytomedics Inc.
Existen otras especies de plantas de hoja que se
Otras empresas que han elegido el tabaco como
están usando para producir proteínas
plataforma son Planet Biotechnology,
Meristem Therapeutics, Plant Biotechnology
recombinantes como por ejemplo la lechuga, la
Inc y Chlorogen, así como la empresa española
ventaja frente a la alfalfa y el tabaco de ser
Plant Bioproducts.
comestibles. Se están utilizando para la expresión
soja y las espinacas. Estas plantas presentan la
de antígenos para elaborar vacunas comestibles.
Como se ha indicado en el apartado de tecnologías
se puede hacer transformación de cloroplastos de
En el caso de la lechuga se han realizado ensayos
manera rutinaria generalmente mediante
hepatitis B73 y el caso de las espinacas se ha
bombardeo con microproyectiles con las ventajas
expresado un antígeno del antrax74.
clínicos para una vacuna contra el virus de la
que presenta este tipo de transformación.
La soja al igual que la alfalfa pertenece a la familia
de las leguminosas y puede fijar nitrógeno de la
Alfalfa
atmósfera. Se ha utilizado para producir la fitasa
de un hongo llamado Aspergillus.
La alfalfa (Medicago sativa) es una planta
perteneciente a la familia de las leguminosas, que
posee un enorme rendimiento de biomasa debido
a que es perenne. Esto significa que la planta
puede ser segada sin que muera, pudiendo
realizarse hasta nueve siegas por año, tras las
cuales la planta vuelve a crecer produciendo hojas
exactamente iguales a las que se segaron.
Además, se puede propagar de manera
vegetativa, lo que permite la obtención de
3.2. Semillas de cereales
y leguminosas
En este tipo de cultivos se incluyen plantas en las
que la acumulación de la proteína recombinante
se realiza en las semillas como es el caso de las
leguminosas de grano y los cereales. Estos
“clones” idénticos, sin necesidad de que exista
cultivos se caracterizan por producir semillas que
floración o formación de semillas. Es además una
presentan un elevado contenido de proteínas, que
planta capaz de fijar el nitrógeno atmosférico, de
modo que permite reducir los aportes de nitrógeno
pueden secarse fácilmente y almacenarse a
en forma de abonos.
durante muchos meses, debido a que presentan
temperatura ambiente sin pérdida de propiedades
un ambiente protector frente a la degradación
La alfalfa se emplea para alimentación animal, lo
proteica. La utilización de promotores específicos
cual tiene la ventaja de que podría utilizarse para
de semillas hace que la producción en este tipo de
la expresión de vacunas comestibles para
animales, pero tiene el inconveniente de que
cultivos pueda llegar a ser muy elevada.
puede pasar a la cadena alimentaria. Otro
Los cereales en los que se ha investigado son
inconveniente que presenta esta planta es que
contiene grandes cantidades de ácido oxálico.
arroz, trigo y maíz, y entre las leguminosas
73
74
destacan el guisante y la soja.
Kapusta, J.; Modelska, A.; Figlerowicz, M.; Pniewski, T.; Letellier, M.; Lisowa, O.; Yusibov, V.; Koprowski, H.;
Plucienniczak, A.; Legocki, A. B. (1999). A plant-derived edible vaccine against hepatitis B virus. The FASEB Journal, 13,
1796-1799.
Sussman, H. E. (2003). Spinach makes a safer anthrax vaccine. Drug Discovery Today, 8, 428-430.
37
Desde el punto de vista económico la soja y el
La principal desventaja que presenta la patata es
maíz son los cultivos más eficientes para la
que aunque los tubérculos pueden consumirse
producción de proteínas recombinantes.
crudos, son poco palatables, por lo que sería
necesario cocinarlos ligeramente lo que puede
El maíz es el cereal elegido por Prodigene Inc
llevar a una pérdida de proteínas por
para la producción de proteínas. Las ventajas que
desnaturalización.
presenta este cereal son el elevado rendimiento
en biomasa y la existencia de infraestructuras y
Se han realizado al menos tres estudios clínicos
maquinaria para su recolección y transformación.
hasta el momento en los que se han administrado
patatas transgénicas que expresan proteínas de
interés biosanitario a personas.
3.3. Frutas, tubérculos
y hortalizas75
Hortalizas
En este grupo se incluyen plantas en las que la
acumulación de la proteína recombinante se hace
La hortaliza más utilizada para expresar proteínas
en órganos comestibles de la planta, que pueden
recombinantes es el tomate. Al igual que ocurre
consumirse crudos o con un procesado mínimo,
con la patata, existen sistemas de expresión de
como es el caso de las frutas, tubérculos y
proteínas recombinantes muy eficientes y se
hortalizas. El interés de expresar proteínas
dispone de promotores específicos para la
recombinantes en órganos comestibles es la
expresión en el fruto. Otras ventajas son la
obtención de productos que puedan administrarse
posibilidad de consumo en crudo y la posibilidad
por vía oral sin necesidad de purificación, lo que
de expresar varios antígenos en una misma planta
les hace especialmente útiles para la obtención de
mediante cruzamiento.
vacunas de subunidades, aditivos y proteínas
utilizadas en inmunoterapia pasiva tópica.
Entre los inconvenientes principales se encuentra
el bajo contenido en proteínas que presenta el
fruto. Además algunos frutos pueden contener
Tubérculos
Los principales tubérculos en los que se pueden
expresar proteínas recombinantes son patatas y
zanahorias.
La patata es una planta muy útil para expresar
elevadas cantidades de ácidos, que son
incompatibles con muchos antígenos y pueden
hacer que los frutos no sean adecuados para su
administración a niños de corta edad. Otro
inconveniente es la ausencia de un sistema
in vitro para evaluar la expresión de la proteína
recombinante en el fruto.
proteínas recombinantes, ya que es fácil de
transformar y existen promotores específicos que
permiten expresar las proteínas en el tubérculo.
Frutas
Además se puede propagar de manera clonal
mediante la siembra de tubérculos sin que exista
Existe un gran interés en expresar proteínas
floración ni formación de semillas, previniendo el
recombinantes en bananas, debido a que el
riesgo de contaminación cruzada.
banano es un árbol muy cultivado en países en
75
Mason, H. S.; Warzecha, H.; Mor, T.; Arntzen, C. J. (2002). Edible plant vaccines: applications for prophylactic and
therapeutic molecular medicine. Trends in Molecular Medicine, 8, 324-329.
38
PLANTAS BIOFACTORÍA
desarrollo. Este árbol puede ser propagado de
manera clonal y una vez que ha alcanzado la
madurez produce frutos de manera abundante con
ciclos de 10 a 12 meses. Estos frutos pueden ser
consumidos tanto por adultos como por niños.
Este cultivo presenta algunos inconvenientes ya
que no existen sistemas de transformación
eficientes y se dispone de pocos datos sobre
expresión génica, especialmente en lo referente a
promotores específicos del fruto. Además requiere
espacios muy grandes que resultan muy caros si
es necesario cultivar en invernadero.
3.4. Oleaginosas y fibra
En este apartado se incluyen especies que se
caracterizan por producir semillas con un elevado
contenido en aceites como soja o cánola y otras
que además producen fibras como es el caso del
algodón y el lino. Este tipo de plantas es muy
interesante para su utilización en ingeniería
metabólica de lípidos, ya que de manera natural
contienen rutas de síntesis de compuestos
lipídicos y producen éstos en cantidades elevadas.
Además, como se ha indicado existen estrategias
de purificación que se basan en el anclaje de la
proteína recombinante a cuerpos lipídicos que
conviene utilizar en plantas que produzcan
semillas con alto contenido en aceites.
Las especies productoras de fibras como el lino
tienen interés en ingeniería metabólica para la
producción de materiales formados por
combinación de fibras y bioplásticos76.
76
Wróbel, M.; Zebrowski, J.; Szopa, J. (2004). Polyhydroxybutyrate synthesis in transgenic flax. Journal of Biotechnology,
107, 41-54.
39
VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LOS CULTIVOS UTILIZADOS
EN AGRICULTURA MOLECULAR
Plantas de hoja
Ventajas
– Gran potencial para el escalado.
Inconvenientes
– Elevado rendimiento de biomasa.
– Elevado contenido en agua que hace las proteínas inestables.
– Existencia de infraestructura para su procesamiento.
– Se puede cosechar antes de la floración previniendo la liberación de polen y los riesgos de
contaminación cruzada que esto implica.
– Necesidad de congelado o desecación inmediatos de las hojas para evitar la degradación.
– La acumulación de proteínas recombinantes en las hojas podría interferir en el desarrollo
de la planta.
– Riesgos ambientales por un posible consumo de las hojas por animales herbívoros o insectos.
Inconvenientes
Ventajas
Semillas de cereales y leguminosas
– Permiten almacenar las proteínas en las semillas de manera estable durante años incluso a
temperatura ambiente.
– No contienen los compuestos fenólicos que presentan las hojas de tabaco.
– La exposición a herbívoros es menor que en plantas de hoja.
– Es necesario que ocurra un ciclo floral para producir semillas.
– La purificación es más compleja que en hojas y tiene un coste mayor.
Ventajas
Frutas, tubérculos y hortalizas
– Son órganos que pueden consumirse crudos o semicocinados, permitiendo la producción de
vacunas de subunidades, nutracéuticos y anticuerpos para aplicaciones orales.
– Los tubérculos pueden almacenarse a temperatura ambiente.
– No presentan compuestos tóxicos.
Inconvenientes
– Purificación más económica que en semillas.
– Muchas necesitan cultivarse en invernadero, lo que aumenta el coste.
Inconvenientes
Ventajas
Fibra y oleaginosas
– Muy útiles para la purificación mediante fusión a oleosinas.
– Existencia de infraestructura para su procesamiento.
– Permiten almacenar las proteínas en las semillas de manera estable durante años incluso a
temperatura ambiente.
– La fibra y el aceite pueden interferir en el procesado por lo que se aplica para proteínas que no
necesitan estar muy purificadas.
– Es necesario que ocurra un ciclo floral para producir semillas.
Tabla 4. Ventajas e inconvenientes de los distintos cultivos utilizados en agricultura molecular.
40
PLANTAS BIOFACTORÍA
4. Moléculas de interés
El número de moléculas que potencialmente se pueden obtener utilizando plantas modificadas
genéticamente como biofactorías es muy elevado. Como se ha indicado se pueden diferenciar a grandes
rasgos dos tipos de biofactorías. Por una parte, aquellas en las que la modificación genética conduce a la
expresión de una proteína foránea, que es la molécula de interés; y aquellas en las que la modificación
genética conduce a la modificación del metabolismo de la planta, como resultado de la cual se sintetiza un
compuesto que es la molécula de interés.
MOLÉCULAS DE INTERÉS
Proteínas
recombinantes
Interés
biosanitario
Ingeniería metabólica
Interés
industrial
Modificación de
rutas enzimáticas
existentes
Introducción de
nuevas rutas
enzimáticas
Vacunas Anticuerpos Biofármacos
4.1. Proteínas recombinantes
Las proteínas son moléculas complejas formadas
por pequeñas subunidades denominadas
aminoácidos, cuya secuencia se encuentra
codificada en los genes. En muchos casos, para
que la proteína sea funcional, es necesario que
ocurra una serie de modificaciones
postraduccionales. Éstas pueden ser relativamente
sencillas como el establecimiento de puentes
disulfuro y puentes de hidrógeno entre distintos
aminoácidos que conducen a la adquisición de una
estructura tridimensional adecuada. Otro tipo de
modificaciones más complejas incluye la
modificación de aminoácidos concretos y la adición
de determinados grupos como fosfatos
(fosforilación) o hidratos de carbono
(glicosilación), procesos proteolíticos y otros
procesos no enzimáticos. Estas modificaciones
más complejas en muchas ocasiones ocurren en
determinados orgánulos subcelulares y no son
comunes en todos los organismos.
Esta complejidad estructural hace que la obtención
de proteínas mediante síntesis química sea
prácticamente imposible, excepto para pequeñas
cadenas peptídicas, de modo que sea necesario
utilizar sistemas vivos.
4.1.1. Proteínas de interés
biosanitario
Las plantas presentan un gran potencial para la
obtención de moléculas para uso terapéutico
debido a sus ventajas en cuanto a seguridad,
capacidad de producción y coste. Las principales
proteínas de interés biosanitario que pueden
obtenerse mediante la modificación genética de
plantas son antígenos para elaborar vacunas,
anticuerpos y fragmentos de anticuerpos,
proteínas estructurales y otro tipo de biofármacos.
En la tabla 5 se incluyen las proteínas de interés
sanitario que se están expresando actualmente en
plantas.
41
PROTEÍNAS DE INTERÉS BIOSANITARIO EXPRESADAS EN PLANTAS
Proteínas de Interés Biosanitario
Contra enfermedades infecciosas.
Vacunas
Contra tumores.
Contra enfermedades autoinmunes.
Inmunoglobulina G.
Anticuerpos
Inmunoglobulina A secretora.
Fragmentos de anticuerpos.
Productos sanguíneos humanos.
Hormonas.
Reguladores del crecimiento.
Biofármacos
Enzimas para uso terapéutico.
Antitumorales.
Antivirales.
Analgésicos opiáceos.
Proteínas estructurales
Colágeno y gelatina.
Tabla 5. Proteínas de interés biosanitario expresadas en plantas.
4.1.1.1. Vacunas77
Una vacuna consiste en una preparación de un
organismo patógeno completo (atenuado o
muerto), o de alguno de sus componentes, que se
denominan antígenos, que administrado sea capaz
de inducir una respuesta inmune duradera y
protectora contra este patógeno. En el caso de
que se administre el organismo completo muerto,
se trata de vacunas inactivadas, y si está vivo
pero atenuado, se habla de vacunas atenuadas.
En el caso de las vacunas elaboradas a partir de
componentes del patógeno que dan lugar a una
respuesta inmune en lugar del patógeno completo,
se habla de vacunas de subunidades.
Mediante la tecnología del ADN recombinante es
posible identificar y aislar los genes del organismo
patógeno que codifican para proteínas capaces de
inducir la respuesta inmune (antígenos). Estos
genes pueden introducirse en plantas y fabricar
una biofactoría capaz de producir grandes
77
78
cantidades del antígeno que servirán para elaborar
la vacuna contra ese patógeno.
El antígeno producido en la planta puede
purificarse para su administración por vía
parenteral, tal y como se hace en otros sistemas
de expresión, o puede realizarse la expresión en
plantas o en tejidos comestibles que puedan
consumirse crudos o con un procesado mínimo,
evitando la etapa de purificación. En este último
caso se habla de vacunas comestibles.
Además de las ventajas generales de la expresión
de proteínas en plantas, la expresión de proteínas
o péptidos antigénicos en plantas comestibles
presenta ventajas adicionales relacionadas con la
facilidad de administración y almacenamiento y
con la eliminación de la fase de purificación, que
suponen una reducción en el coste. A continuación
se incluye un cuadro con las principales ventajas
de la expresión de antígenos en plantas para la
elaboración de vacunas comestibles78.
Sala, F.; Rigano, M. M.; Barbante, A.; Basso, B.; Walmsley, A. M.; Castiglione, S.(2003). Vaccine antigen production in
transgenic plants: strategies, gene constructs and perspectives. Vaccine, 21, 803-808.
Streatfield, S. J., Howard, J. A. (2003). Plant-based vaccines. International Journal for Parasitology, 33, 479-493.
42
PLANTAS BIOFACTORÍA
VENTAJAS DE LAS VACUNAS COMESTIBLES
• Permiten una administración en una forma segura y palatable, tal y como se hace con un alimento o
con un pienso en el caso de los animales.
• Al evitar el uso de jeringuillas y agujas se reducen los costes de material y personal asociados, así
como los riesgos relacionados con este tipo de administración.
• Su expresión en órganos que se puedan almacenar a temperatura ambiente (semillas de cereales o
tubérculos) permitiría eliminar los costes que conlleva la cadena del frío.
• Es posible expresar más de un antígeno por planta pudiendo administrarse varias vacunas de forma
simultánea.
• En el caso de los animales, al evitarse las inyecciones se previenen posibles pérdidas de calidad en
las canales de animales de abasto.
• Posibilidad de inmunización de animales silvestres reservorio de enfermedades como la rabia
(murciélagos y ratas).
Todas estas características hacen que este tipo de
Por último, la producción de vacunas en plantas
vacunas sea muy interesante para su aplicación a
comestibles presenta el riesgo de que éstas pasen
gran escala, por ejemplo para realizar
a la cadena alimentaria con las implicaciones que
vacunaciones en zonas subdesarrolladas o para
esto tendría para la salud de las personas. La
vacunaciones masivas en caso de epidemias o
ingestión accidental de este tipo de plantas podría
riesgo de ataques terroristas.
dar lugar a la inducción de tolerancia oral, que
consiste en la inhibición de la respuesta inmune
Los principales retos técnicos de la expresión de
del organismo frente a determinados antígenos
antígenos en plantas para elaborar vacunas
presentados por vía oral, como consecuencia de
comestibles se refieren a la concentración de
una exposición repetida a los mismos. Para evitar
antígeno. En primer lugar, es necesario conseguir
estos riesgos es necesario realizar un control muy
una concentración elevada del antígeno, con el fin
estricto de los cultivos y las plantas una vez
de reducir la cantidad de tejido vegetal que debe
cosechadas.
ingerirse para obtener una dosis efectiva. Por otra
parte, debe conseguirse una concentración
A continuación se incluyen varias tablas en las que
homogénea para que se pueda ajustar la dosis de
se recogen los antígenos que se han expresado en
manera adecuada.
plantas para la elaboración de vacunas contra
enfermedades infecciosas. Las tablas 6 y 7
La administración por vía oral supone que la
contienen información sobre plantas transgénicas
proteína debe ser resistente a los jugos gástricos
que expresan antígenos para elaborar vacunas
e intestinales, lo cual puede conseguirse mediante
contra enfermedades humanas y animales. Las
la expresión de las proteínas en semillas, donde
tablas 8 y 9 se refieren a expresión mediante
existe una matriz de polímeros de hidratos de
vectores virales de antígenos para elaborar vacunas
carbono que la protegen.
contra enfermedades humanas y animales.
43
ANTÍGENOS PARA ELABORAR VACUNAS CONTRA ENFERMEDADES
HUMANAS EXPRESADOS EN PLANTAS TRANSGÉNICAS
Enfermedades humanas
Nivel de expresión
Agente
patógeno
Antígeno
Planta
Órgano
Proteína
soluble total (%)
Peso fresco
(g)
Hojas
0,001
0,0002
Cloroplastos
2,5
—
Patata
Tubérculo
0,2
0,001
Maíz
Semillas
10
0,1
Tabaco
Hojas
8
1
Patata
Tubérculo
0,3
0,002
Tabaco
Hojas
4
0,5
Tomate
Hojas y frutos
0,04
0,005
Tabaco
Hojas
0,07
0,0008
Patata
Tubérculo
0,002
—
Patata
Tubérculo
0,006
0,00004
Lechuga
Hojas
—
0,0000006
Patata
Tubérculo
0,001
0,000009
Tabaco
Hojas
0,2
0,03
Patata
Tubérculo
0,4
0,003
Tabaco
E. coli
enterotoxigénica79
(*)
E. coli
enteropatógena
Vibrio cholerae
Hepatitis B
Subunidad B de la
toxina termolábil
Subunidad A
estructural del BFP
Subunidad B de la
toxina colérica
Antígeno de
superficie
Proteína media
Virus Norwalk
Proteína
de la cápsida
Sarampión
Hemaglutinina
Tabaco
Hojas
—
—
Citomegalovirus
humano
Glicoproteína B
Tabaco
Semillas
0,1
0,00007
Virus respiratorio
sincitial
Proteína de fusión
Tomate
Fruto
—
0,003
Bacillus anthracis
Antígeno protector
Tabaco
Hojas
—
—
Clostridium tetani
Fragmento TetC de
la toxina colérica
Tabaco
Cloroplastos
25
—
VIH80
Péptido de la región
V3 de la proteína
gp120 fusionada con
la subunidad B de la
toxina colérica
Patata
Tubérculos
0,0041
—
Rotavirus81
VP7
Patata
Hojas
38,4
—
82
Tabla 6. Antígenos de enfermedades humanas expresados en plantas transgénicas .
(*) Enfermedad humana y animal.
79
80
81
82
Tregoning, J.; Maliga, P.; Dougan, G.; Nixon, P. J. (2004). New advances in the production of edible plant vaccines:
chloroplast expression of a tetanus vaccine antigen, TetC. Phytochemistry, 65, 989-994.
Kim, T-G.; Gruber, A.; Langridge, W. H. R. (2004). HIV-1 gp120 V3 cholera toxin B subunit fusion gene expression in
transgenic potato. Protein Expression and Purification, 37, 196-202.
Wu, Y-Z.; Li, J-T.; Mou, Z-R.; Fei, L.; Ni, B.; Geng, M.; Jia, Z-C.; Zhou, W.; Zou, L-Y.; Yan Tang, Y. (2003). Oral immunization with
rotavirus VP7 expressed in transgenic potatoes induced high titers of mucosal neutralizing IgA. Virology, 313, 337-342.
Streatfield, S. J.; Howard, J. A. (2003). Plant-based vaccines. International Journal for Parasitology, 33, 479-493.
44
PLANTAS BIOFACTORÍA
ANTÍGENOS PARA ELABORAR VACUNAS CONTRA ENFERMEDADES
ANIMALES EXPRESADOS EN PLANTAS TRANSGÉNICAS
Enfermedades animales
Nivel de expresión
Agente
patógeno
Antígeno
Planta
Órgano
Virus de la rabia(*)
Glicoproteína
Tomate
Proteína estructural
VP1
Fiebre aftosa
Péptido de la proteína
estructural VP1
fusionado
a β-glucuronidasa
Virus de la
gastroenteritis
transmisible porcina
Proteína
soluble total (%)
Peso fresco
(g)
Hojas y
frutos
1
0,1
Arabidopsis
Hojas
—
—
Alfalfa
Hojas
—
—
Patata
Hojas
0,01
0,001
Alfalfa
Hojas
0,004
0,0005
Arabidopsis
Hojas
0,06
0,008
Patata
Tubérculo
0,07
0,0005
Tabaco
Hojas
0,2
0,03
Maíz
Semillas
2
0,02
Glicoproteína S
Rotavirus grupo A
bovino
Proteína VP6 de la
cápsida
Patata
Tubérculo
0,002
0,00001
Pasteurelosis
neumónica bovina
Leucotoxina fusionada
a una proteína
fluorescente
Trébol
blanco
Hojas
0,5
0,0009
Enfermedad
hemorrágica de los
conejos
Proteína estructural
VP60
Patata
Hojas
0,3
0,04
Péptido de la proteína
de la cápsida VP2
fusionado a
β—glucuronidasa
Arabidopsis
Hojas
0,1
0,0003
Péptido 2L21 fusionado
con la subunidad B de
la toxina colérica
Tabaco
Hojas
31
7,49 mg/g
Virus de la diarrea
epidémica porcina84
Epítopo neutralizador
Tabaco
—
—
—
Virus de la bronquitis
infecciosa aviar85
Proteína S de IBV
Patata
Tubérculo
—
—
Cacahuete
Hojas
—
—
Peste bovina86, 87
Hemaglutinina
Tabaco
—
0,75
—
83
Parvovirus canino
Tabla 7. Antígenos de enfermedades animales expresados en plantas transgénicas88.
(*) Enfermedad humana y animal.
83
Molina, A.; Hervás-Stubbs, S.; Daniell, H.; Mingo-Castel, A. M.; Veramendi, J. (2004). High-yield expression of a viral
peptide animal vaccine in transgenic tobacco chloroplasts. Plant Biotechnology Journal, 2, 141-153.
Bae, J-L.; Lee, J-G.; Kang, T-J.; Jang, H-S.; Jang, Y-S.; Yang, M-S. (2003). Induction of antigen-specific systemic and
mucosal immune responses by feeding animals transgenic plants expressing the antigen. Vaccine, 21, 4052–4058.
85
Ji-Yong Zhou, Li-Qin Cheng, Xiao-Juan Zheng, Jian-Xiang Wu, Shao-Bin Shang, Jin-Yong Wang and Ji-Gang Chen (2004).
Generation of the transgenic potato expressing full-length spike protein of infectious bronchitis virus. Journal of
Biotechnology, 111, 121-130.
86
Khandelwal, A.; Renukaradhya, G. J.; Rajasekhar, M.; Sita, G. L.; Shaila, M. S. (2004). Systemic and oral immunogenicity of
hemagglutinin protein of rinderpest virus expressed by transgenic peanut plants in a mouse model. Virology, 323, 284-291.
87
Khandelwa,l A.; Sita, G. L.; Shaila, M. S. (2003). Expression of hemagglutinin protein of rinderpest virus in transgenic
tobacco and immunogenicity of plant-derived protein in a mouse model. Virology, 308,207-215.
88
Streatfield, S. J.; Howard, J. A. (2003). Plant-based vaccines. International Journal for Parasitology, 33, 479-493.
84
45
ANTÍGENOS PARA ELABORAR VACUNAS CONTRA ENFERMEDADES
HUMANAS EXPRESADOS MEDIANTE VECTORES VIRALES
Enfermedades humanas
Nivel de expresión
Agente
patógeno
Antígeno
Virus**
Planta
E. coli
enterotoxigénica89
Subunidad B de la
toxina termolábil
TMV
Hepatitis C
Región hipervariable
de la proteína 2 de la
cubierta fusionada a la
sub B de la toxina
colérica
Rotavirus
Proteína
soluble total (%)
Peso fresco
(g)
Tabaco
0,75
-
TMV
Hojas de
tabaco
0,04
0,005
Proteína VP6
PVX
Hojas de
tabaco
—
0,005
Péptido de la proteína
gp41
CMV
Hojas
de caupí
—
—
Péptido de la región
V3 de la proteína
gp120
AMV
Hojas de
tabaco
—
—
Péptido de la región V3
de la proteína gp120
TBSV
Hojas de
tabaco
—
0,03
CMV
Hojas de
caupí
—
0,002
PVX
Hojas de
tabaco
—
—
Nucleocápsida
proteína p24
TBSV
Hojas de
tabaco
0,4
0,05
Proteína p2490
TMV
Hojas de
tabaco
2,5 mg/25 g de
hojas
—
Rinovirus tipo 14
Péptido de la proteína
VP1
CMV
Hojas de
caupí
—
—
Virus respiratorio
sincitial
Péptidos de la proteína
G
AMV
Hojas de
tabaco
—
0,006
CMV
Hojas de
caupí
—
0,005
Staphylococcus aureus
Péptido D2 de la
proteína de unión a
fibronectina FnBP
PVX
Hojas de
tabaco
—
0,0003
CMV
Hojas de
caupí
—
0,005
TMV
Hojas de
tabaco
—
—
VIH tipo 1
Péptido de la proteína
transmembrana gp41
Pseudomonas
aeruginosa
Péptido de la
proteína F
Plasmodium
falciparum
Péptidos de la proteína
del Circumsporozoito
TMV
Hojas de
tabaco
—
0,003
Virus del papiloma
humano tipo 16
Oncoproteína E7
PVX
Hojas de
tabaco
—
0,0004
Linfoma de la célula B
Fragmento Fv de la
inmunoglobulina
TMV
Hojas de
tabaco
—
0,003
Tabla 8. Antígenos de enfermedades humanas expresados mediante vectores virales91.
89
Wagner, B.; Hufnagl, K.; Radauer, C.; Wagner, S.; Baier, K.; Scheiner, O.; Wiedermann, U.; Breiteneder, H. (2004). Expression
of the B subunit of the heat-labile enterotoxin of Escherichia coli in tobacco mosaic virus-infected Nicotiana benthamiana plants
and its characterization as mucosal immunogen and adjuvant. Journal of Immunological Methods, 287, 203-215.
90
Perez-Filgueira, D. M.; Brayfield, B. P.; Phiri, S.; Borca, M. V.; Wood, C.; Morris, T. J. (2004). Preserved antigenicity of
HIV-1 p24 produced and purified in high yields from plants inoculated with a tobacco mosaic virus (TMV)-derived vector.
Journal of Virological Methods, 121, 201-208.
91
Streatfield, S. J.; Howard, J. A. (2003). Plant-based vaccines. International Journal for Parasitology, 33, 479-493.
46
PLANTAS BIOFACTORÍA
ANTÍGENOS PARA ELABORAR VACUNAS CONTRA ENFERMEDADES
ANIMALES EXPRESADOS MEDIANTE VECTORES VIRALES
Enfermedades animales
Nivel de expresión
Agente
patógeno
Antígeno
Virus**
Planta
Virus de la rabia(*)
Péptidos de la
glicoproteína y
nucleoproteína
TMV y
AMV
Proteína estructural
VP1
Proteína
soluble total (%)
Peso fresco
(g)
Hojas de
tabaco y
espinaca
-
0,0005
TMV
Hojas de
tabaco
-
0,02
Péptido de la
proteína estructural
VP1
CMV
Hojas de
caupí
-
-
Virus de la enteritis
del visón (visones,
gatos y perros)
Péptido de la
proteína de la
cápsida VP2
CMV
Hojas de
caupí
-
0,002
Enfermedad
hemorrágica de los
conejos
Proteína estructural
VP60
PPP
Hojas de
tabaco
-
-
PPP
Hojas de
tabaco
-
-
Parvovirus canino
(perros)
Péptido de la
proteína de la
cápsida VP2
CMV
Hojas de
caupí
-
0,002
Fiebre aftosa
Virus de la hepatitis
del ratón
Péptido de la
glicoproteína S
TMV
Hojas de
tabaco
-
-
Herpesvirus bovino
tipo I92
Glicoproteína D
TMV
Hojas de
tabaco
-
-
Virus de la diarrea
epidémica porcina93
Epítopo
neutralizador
TMV
Hojas de
tabaco
5
-
Tabla 9. Antígenos de enfermedades animales expresados mediante vectores virales94.
(*) Enfermedad humana y animal.
**
AMV: Virus del mosaico de la alfalfa.
CMV: Virus del mosaico del caupí.
PPP: Potyvirus de la viruela del ciruelo.
PVX: Virus X de la patata.
TBSV: Virus del enanismo ramificado del tomate.
TMV: Virus del mosaico del tabaco.
92
Pérez-Filgueira, D.M.; Zamorano, P.I.; Domınguez, M.G.; Taboga, O.A.; del Médico Zajac, M.P.; Puntel, M.; Romera, S.A.;
Morris, T.J.; Borca, M.V.; Sadir, A.M.; (2003). Bovine Herpes Virus gD protein produced in plants using a recombinant tobacco
mosaic virus (TMV) vector possesses authentic antigenicity. Vaccine, 21, 4201–4209.
93
Kang, T-J.; Kang, K-H.; Kim, J-A.; Kwon, T-H.; Jang, Y-S.; Yang, M-S. (2004). High-level expression of the neutralizing
epitope of porcine epidemic diarrhea virus by a tobacco mosaic virus-based vector. Protein Expression and Purification, 38,
129–135.
94
Streatfield, S. J.; Howard, J. A. (2003). Plant-based vaccines. International Journal for Parasitology, 33, 479-493.
47
Además de la expresión de antígenos para la elaboración de vacunas contra patógenos bacterianos y virales,
es posible expresar antígenos para elaborar vacunas contra otro tipo de afecciones como enfermedades
autoinmunes y contra tumores humanos95.
VACUNAS CONTRA ENFERMEDADES AUTOINMUNES
Las enfermedades autoinmunes son aquellas en las que el sistema inmune reconoce como extrañas
algunas estructuras propias y reacciona contra ellas produciendo lo que se conoce como
autoanticuerpos. Algunos ejemplos son la artritis, la esclerosis múltiple, la miastenia gravis o la
diabetes tipo I.
Como se ha indicado, la administración por vía oral de antígenos puede dar lugar a fenómenos de
tolerancia. En el caso de las enfermedades autoinmunes, el fenómeno de tolerancia oral provocado
por la administración de autoantígenos por vía oral podría conducir a una disminución de la respuesta
inmune alterada, lo cual podría mejorar los síntomas.
Existen trabajos pioneros en la producción de autoantígenos en plantas, principalmente contra la
diabetes tipo I, como la expresión de la enzima ácido glutámico decarboxilasa (GAD, en sus siglas en
inglés) y la IL-4, que se expresan mediante fusión con la subunidad B de la toxina colérica96.
También se ha producido la expresión en plantas de alérgenos, que podrían aplicarse para el
desarrollo de vacunas para el tratamiento de las alergias tipo I, mediante la inducción de tolerancia
por vía oral. Algunos ejemplos son la expresión mediante un vector viral de alérgenos del abedul (la
proteína Bet v 1), del látex (las proteínas Hev b 3 y Hev b 1), y de la manzana (la proteína Mal d 2),
en N.benthamiana97.
VACUNAS ANTITUMORALES
En la superficie de algunos tumores, como melanoma y cáncer de mama, aparecen determinadas
proteínas denominadas antígenos tumorales contra los que algunas personas pueden desarrollar
anticuerpos. En la actualidad se está investigando sobre la posibilidad de usar estos antígenos para la
elaboración de vacunas y sobre su producción mediante distintos sistemas. Un ejemplo de un
antígeno de este tipo es el antígeno GA733-2, producido en plantas de tabaco mediante la utilización
del virus del mosaico del tabaco como vector viral98.
95
Sala, F.; Rigano, M.M.; Barbante, A.; Basso, B.; Walmsley, A.M.; Castiglione, S.(2003). Vaccine antigen production in transgenic
plants: strategies, gene constructs and perspectives. Vaccine, 21, 803-808.
96
Ma, S.; Huang, Y.; Yin, Z.; Menassa, R.; Brandle, J. E.; Jevnikar, A. M. (2004). Induction of oral tolerance to prevent diabetes
with transgenic plants requires glutamic acid decarboxylase (GAD) and IL-4, human GAD65. PNAS, 101, 5680-5685.
97
Wagner, B.; Fuchs, H.; Adhami, F.; Ma, Y.; Scheiner, O.; Breiteneder, H. (2004). Plant virus expression systems for transient
production of recombinant allergens in Nicotiana benthamiana. Methods, 32, 227-234.
98
Verch, T,, Hooper, D. C.; Kiyatkin, A.; Steplewski, Z.; Koprowski, H. (2004). Immunization with a plant-produced colorectal
cancer antigen. Cancer Immunology, Immunotherapy, 53, 92-99.
48
PLANTAS BIOFACTORÍA
4.1.1.2. Anticuerpos99
Los anticuerpos son glicoproteínas producidas por
el sistema inmune de los vertebrados superiores,
capaces de reconocer y unir antígenos diana de
manera altamente específica. Esta capacidad de
reconocer y unir de manera específica distintas
moléculas hace que los anticuerpos puedan
utilizarse para gran cantidad de aplicaciones que
incluyen el diagnóstico, tratamiento y prevención
de distintas enfermedades infecciosas,
autoinmunes y otro tipo de trastornos100.
Son moléculas complejas formadas por distintas
cadenas polipeptídicas que se encuentran
plegadas y ensambladas. Es fundamental que el
plegamiento y ensamblaje sean correctos, ya que
de lo contrario el reconocimiento del antígeno no
se producirá de manera adecuada. La estructura
típica de un anticuerpo es la de las
inmunoglobulinas (Igs) séricas. Consisten en
tetrámeros formados por dos cadenas pesadas
99
100
idénticas y dos cadenas ligeras idénticas, unidas
mediante puentes disulfuro. Cada tipo de cadena
presenta una serie de dominios constantes y otros
dominios variables, que son los responsables del
reconocimiento y unión del antígeno. Las cadenas
pesadas presentan cuatro dominios, dos de los
cuales forman una bisagra denominada región Fc,
que permite que el anticuerpo adopte una
estructura típica en forma de Y. En la región Fc se
encuentra un residuo de asparagina conservado
que es el lugar en el que se produce la
glicosilación.
Además de este tipo de Igs existen otras
moléculas derivadas con capacidad de unir el
antígeno. Dentro de estas moléculas derivadas se
incluyen moléculas de menor tamaño (fragmentos
de anticuerpos), así como otras de mayor tamaño
como la IgA secretora que es un dímero de las Igs
típicas. En la figura 9 se incluyen algunos tipos de
anticuerpos y fragmentos de anticuerpos
expresados en plantas.
Fischer, R.; Twyman, R. M.; Schillberg, S. (2003). Production of antibodies in plants and their use for global health.
Vaccine 21, 820–825.
Ma, J. K.; Drake, P.M.; Christou, P. (2003). The Production of Recombinant Pharmaceultical Proteins in Plants. Nature, 4,
794-805.
49
Fragmento Fab
Fragmento Fab’
Dominio
variable
sencillo
scFv unido al
péptido líder
Fragmentos de anticuerpo
de tipo camélido
Cadena larga sencilla
IgG
scFv
scFv biespecífico
Minibody
scFv de fusión
scFv unido a los
péptidos líder y KDEL
IgA. Dímero de IgG unidas por los extremos
constantes mediante dos cadenas polipeptídicas
denominadas componente secretor y cadena J.
Diabody
IgA
Región constante de
la cadena pesada
Cadena J
Fragmentos de anticuerpos tipo camélido. Igs
características de los camélidos, formadas
exclusivamente por dos cadenas pesadas que
carecen de uno de los dominios.
Región variable de
la cadena pesada
Componente
secretor
Fragmentos Fab y F(ab’). Extremos N terminal de las
dos cadenas pesadas y de las dos cadenas ligeras.
Región constante de
la cadena ligera
Punto de
glicosilación
Minibodis y diabodis. Dímeros que se forman
de manera espontánea.
Fragmentos Fv de cadena sencilla (scFv). Contienen
regiones variables de las cadenas ligera y pesada
unidas por una cadena peptídica flexible. Existen
también scFv biespecíficos y de fusión con proteínas
como enzimas o toxinas.
Región variable de
la cadena ligera
Proteína de
fusión
Bisagra
Péptido líder
Puente disulfuro
Péptido KDEL
Figura 9. Anticuerpos y fragmentos de anticuerpos producidos en plantas.
50
scAbs
PLANTAS BIOFACTORÍA
Los fragmentos de anticuerpos en ocasiones son
más efectivos como fármacos que los anticuerpos
completos, ya que penetran mejor en los tejidos
que los anticuerpos completos y se eliminan de los
tejidos de manera más rápida.
Las cadenas ligeras, pesadas y el componente
secretor y la cadena de ensamblaje de los
anticuerpos secretores están codificadas por
distintos genes, de modo que para conseguir que
una planta exprese este tipo de moléculas es
necesario introducir todos los genes en la planta
que se desea usar como biofactoría. Existen dos
estrategias para conseguirlo. La primera consiste
en introducir los genes que codifican para las
cadenas en distintas plantas y luego realizar
cruzamientos entre las plantas, seleccionando
aquellas que posean todos los transgenes que se
desea. Otra estrategia es utilizar métodos que
permitan introducir todos los transgenes
necesarios, como por ejemplo la coinfección de la
planta con distintos vectores virales. La síntesis de
este tipo de inmunoglobulinas mediante células de
mamíferos requiere de dos tipos celulares
distintos.
La acumulación de anticuerpos en el citosol de la
célula no es posible, debido a que en este
ambiente no se produce un ensamblado correcto o
101
completo de las cadenas ligeras y pesadas que
forman el anticuerpo, lo que lleva a su
degradación. Tan solo se ha conseguido una
acumulación de anticuerpos recombinantes en el
citosol en el caso de cadenas polipeptídicas
sencillas o scFvs. Para que se produzca un plegado
y ensamblaje correcto de las cadenas
polipeptídicas es necesario dirigirlas hacia el
retículo endoplásmico tal y como se ha indicado
en el apartado de tecnologías, mediante la adición
de secuencias diseñadas a este efecto en el
extremo amino terminal de la proteína.
La glicosilación es especialmente importante en
los anticuerpos y, como se ha indicado en el
apartado de tecnologías, el direccionamiento hacia
el retículo endoplásmico permite que se realice
una glicosilación adecuada.
Se han utilizado distintas plantas para expresar
anticuerpos y se han llevado a cabo numerosas
comparaciones para determinar los parámetros
óptimos para la expresión. Existen varios tipos de
anticuerpos recombinantes producidos en plantas
que han pasado la fase preclínica de ensayos y se
encuentran en fases de ensayo clínico, algunos en
fase II101. A continuación se incluye una tabla con los
anticuerpos y fragmentos de anticuerpos que se han
obtenido utilizando plantas como biofactorías.
Ma, J. K.; Drake, P.M.; Christou, P. (2003). The Production of Recombinant Pharmaceultical Proteins in Plants. Nature, 4,
794-805.
51
ANTICUERPOS Y FRAGMENTOS DE ANTICUERPOS OBTENIDOS UTILIZANDO
PLANTAS BIOFACTORÍA
Nombre o tipo
de anticuerpo
Aplicación
Antígeno
Tratamiento contra
la caries dental
Antígeno
estreptocócico
superficial I/ II
Guy 13 (IgAS)
Diagnóstico glóbulos
rojos de donantes y
receptores
IgG anti-humano
C5-1 (IgG)
Planta
Órgano
Nicotiana tabacum
Hojas
500 µg/g
IgG 1
1,1% en PST
Alfalfa
—
1% PST
Hojas
900 ng/g
Semillas
1,5 µg/g
Trigo
Tratamiento del
cáncer
Antígeno
carcinoembriónico
(CEA)
Nivel de
expresión
máximo
scFvT84.66
(scFv)
T84.66 (IgG)
102
T84.66/GS8
29,0 µg/g
Hojas
Arroz
27,0 µg/g
Semillas
32 µg/g
Guisante
Semillas
9 µg/g
Nicotiana tabacum
agroinfiltrado con
Agrobacterium
Hojas
1,0 µg/g
Hojas
—
Tratamiento del
linfoma de célula B
Vacuna idiotípica
38C13 (scFv)
Nicotiana
benthamiana
Hojas
30,2 µg/g
Tratamiento del
cáncer de colon
Antígeno
de superficie
CO17-1A (IgG)
Nicotiana
benthamiana
—
—
Vacuna contra
el linfoma
no-Hodgkins103
—
scFv
Tabaco infectado
con el TMV
—
100 µg/ml en
fluido
intersticial
Virus del herpes
simplex 2
Proteína HSV-2
Anti-HSV-2
(IgG)
Soja
—
—
scFv
Nicotiana tabacum
Hojas
0,01% PST
Nicotiana tabacum
Hojas
0,044% PST
Arabidopsis thaliana
Hojas
0,2-0,4% PST
MAK33 Fab
Arabidopsis thaliana
—
6,53% PST
MAK33 scFv
N. tabacum
—
6-25 µg/mg
PST
Arabidopsis thaliana
—
1,3% PST
N. tabacum
—
0,044% PST
Afecciones cardiacas,
miastenia,
polimiosistis,
enfermedad de
McArdle, miopatías
inflamatorias y
desórdenes
mitocondriales,
distrofia muscular
MAK33 IgG1
Creatina kinasa
humana
Fab
—
Sustancia P
(neuropéptido)
dAb
Nicotiana
benthamiana
Hojas
1% PST
Actividad antirrábica
Virus de la rabia
Anticuerpo
monoclonal
mAb S057
Nicotiana
benthamiana
Hojas
0,07% PST
Inmunización pasiva
de los animales
Zealerona
scFv
Arabidopsis
thaliana
—
—
Vacunas inmunocontraceptivas para
herbívoros
Epítopo ZP3
ZP3
Tabaco infectado
con el TMV*
—
—
Tabla 10. Anticuerpos y fragmentos de anticuerpos expresados en plantas104, 105, 106.
102
103
Vaquero, C.; Sack, M. Schuster, F.; Finnern, R.; Drossard, J.; Schumann, D.; Reimann, A.; Fischer, R. (2002).
A carcinoembryonic antigen-specific diabody produced in tobacco. FASEB J., 16, 408-410.
McCormic, A. A.; Reinl, S. J.; Cameron, T. I.; Vojdani, F.; Fronefield, M.; Levy, R.; Tusé, D. (2003). Individualized human scFv
vaccines produced in plants: humoral anti-idiotype responses in vaccinated mice confirm relevance to the tumor Ig. Journal of
Immunological Methods, 278, 95-104.
(Ver notas 104, 105 y 106 en página siguiente)
52
*TMV: Virus del mosaico del tabaco.
PLANTAS BIOFACTORÍA
4.1.1.3. Biofármacos
La utilización de la biotecnología permitió obtener
estos productos de forma más segura, a través del
Además de anticuerpos y vacunas existen otras
cultivo en biorreactores de células de
proteínas con interés biosanitario que pueden
microorganismos o de mamíferos modificados
expresarse en plantas como productos
genéticamente, pero aún así estos sistemas
sanguíneos, hormonas, reguladores del
presentan riesgos de contaminación con toxinas o
crecimiento y enzimas con potencial terapéutico
virus peligrosos para la salud de las personas y los
para tratar distintas enfermedades.
animales. Además, según algunas previsiones, se
estima que para 2010 este tipo de fármacos
Según la Sociedad Española de Biotecnología en el
ocupará un 35% del mercado farmacéutico. Este
año 2000 el número de proteínas y péptidos
aumento de la demanda posiblemente no pueda
terapéuticos fabricados mediante técnicas de
ser cubierto por los actuales sistemas de
ingeniería genética en el mercado eran
obtención.
aproximadamente 50, con unas ventas anuales del
orden de decenas de miles de millones de dólares.
Las plantas debido a sus características
En la mayor parte de los casos no se trata de
de seguridad, capacidad de producción
fármacos nuevos, sino que son proteínas humanas,
y coste, podrían ser muy adecuadas para la
que hasta la década de los 80 se obtenían en
producción de este tipo de productos.
muchos casos a partir de sangre de donantes o de
A continuación en la tabla 11 se indican las
órganos humanos, o a partir de animales, con el
proteínas de interés biosanitario que se han
consiguiente riesgo de contaminación.
expresado en plantas modificadas.
104
105
106
Daniell, H.; Streatfield, S. J.; Wycoff, K. (2001). Medical molecular farming: production of antibodies,
biopharmaceuticals and edible vaccines in plants. Trends in Plant Science, 6, 219-226.
Gomord, V.; Sourrouielle, C.; Fitchette, A-C.; Bardor, M.; Pagny, S.; Lerouge, P.; Faye, L. (2004). Production and glycosilation
of plant-made pharmaceuticals: the antibodies as a challenge. Plant Biotechnology Journal, 2, 83-100.
Schillberg, S.; Fischer, R.; Emans, N. (2003). “Molecular farming” of antibodies in plants. Naturwissenschaften, 90, 145-155.
53
PROTEÍNAS BIOFARMACÉUTICAS EXPRESADAS EN PLANTAS
Proteína
Aplicación
Planta
Nivel de expresión
Proteína C humana
Anticoagulante
Tabaco
<0,1%PST
Hirudina humana
Inhibidor de la trombina
Cánola
0,3% proteína
de la semilla
Tabaco
7% PST
Somatotropina humana
Hormona de crecimiento
Cloroplastos
de tabaco107,108
8% PST
Factor estimulante de las colonias
de granulocitos macrófagos
Tratamiento de la neutropenia
Tabaco
—
Factor de necrosis tumoral α
Tratamiento contra tumores y
enfermedades infecciosas
Patata109
15 µg/g
Eritropoyetina humana
Anemia
Tabaco
<0,01% PST
Encefalinas humanas
Analgésicos opiáceos
Arabidopsis
0,1% de la proteína
de la semilla
Factor de crecimiento
epidérmico humano
Reparación de heridas y
control de proliferación celular
Tabaco
<0,01% PST
Arroz, cánola
—
Tabaco
<0,01% PF
Tabaco
0,02% PST
Interferón α
Interferón β
Albúmina sérica humana
Tratamiento de la hepatitis
CyB
Cirrosis hepática, quemaduras,
cirugía
110
Tabaco
11% PST
Hemoglobina α y β humanas
Sustituto sanguíneo
Tabaco
0,05% PS
Colágeno homotrimérico
humano
Colágeno
Tabaco
<0,01% PF
Antitripsina α-1 humana
Fibrosis quística,
enfermedades hepáticas y
hemorragias
Arroz
—
Aprotinina humana
Inhibidor de la tripsina para
cirugía de transplantes
Maíz
—
Antimicrobiano
Fortificación de fórmulas
infantiles
Patata
0,1% PST
Lactoferrina humana
Arroz111
0,5% arroz descascarillado
Enzima conversora de la
angiotensina
Hipertensión
Tabaco,
tomate
—
Tricosantina
Terapia VIH
Nicotiana
bethamiana
2% PST
Glucocerebrosidasa
Enfermedad de Gaucher
Tabaco
1-10% PST
Lipasa gástrica de perro112
Insuficiencia pancreática ligada
a fibrosis quística
Tabaco
0,5-1 mg PF
Tabla 11. Proteínas de interés biofarmacéutico expresadas en plantas113.
107
108
109
110
111
112
113
54
Twyman, R. M.; Stoger, E.; Schillberg, S.; Christou, P.; Fischer, R. (2003). Molecular farming in plants: host systems and
expression technology. Trends in Biotechnology, 21, 570-578.
Staub, J. M.; Garcia, B.; Graves J.; Hajdukiewicz, P.; Hunter, P.; Nehra, N.; Paradkar, V.; Schlittler, M.; Carroll, J. A.; Spatola, L.;
Ward, D.; Ye, G.; Russell, D. A. (2000). High-yield production of a human therapeutic protein in tobacco chloroplasts. Nature
Biotechnology, 18, 333-338.
Ohya, K.; Itchoda, N.; Ohashi, K.; Onuma, M.; Sugimoto, C.; Matsumura, T. (2002). Expression of biologically active human
tumor necrosis factor-alpha in transgenic potato plant. Journal of Interferon and Cytokine Research. 22, 371-378.
Fernández-San Millán, A.; Mingo-Castel, A.; Miller, M, Daniell, H. (2003). A chloroplast transgenic approach to hyper-express and
purify Human Serum Albumin, a protein highly susceptible to proteolytic degradation. Plant Biotechnology Journal, 1, 71-79.
Nandi, S.; Suzuki, Y. A.; Huang, J.; Yalda, D.; Pham, P.; Wu, L.; Bartley, G.; Huang, N.; Lönnerdal, B. (2002). Expression of
human lactoferrin in transgenic rice grains for the application in infant formula. Plant Science, 163, 713-722.
Mokrzycki-Issartel, N, Bouchon, B.; Farrer, S.; Berland, P.; Laparra, H, Madelmont, J-C.; Theisen, M. (2003). A transient tobacco
expression system coupled to MALDI-TOF-MS allows validation of the impact of differential targeting on structure and activity of
a recombinant therapeutic glycoprotein produced in plants. FEBS Letters, 552, 170-176.
Daniell, H.; Streatfield, S. J.; Wycoff, K. (2001). Medical molecular farming:production of antibodies, biopharmaceuticals and
edible vaccines in plants. Trends in Plant Science, 6, 219-226.
PLANTAS BIOFACTORÍA
4.1.2. Proteínas de interés
industrial
Las enzimas se utilizan en muchos procesos
industriales, siendo de gran importancia en
industrias como las del papel y la madera,
Existen distintas proteínas que pueden
industria textil, industria química, elaboración de
obtenerse mediante la utilización
detergentes y producción de alimentos y piensos
de plantas con aplicaciones en la industria. En
para animales114. En estas industrias las enzimas
este tipo de proteínas se incluyen enzimas de
se necesitan en cantidades elevadas, lo que hace
interés industrial, péptidos capaces de formar
necesario que su coste sea bajo115.
polímeros y otras proteínas que pueden utilizarse
como suplementos para alimentación animal y
En la tabla 12 se incluyen ejemplos de enzimas de
humana como por ejemplo las proteínas de la
interés industrial producidas en plantas, así como
leche.
sus aplicaciones.
ENZIMAS DE INTERÉS INDUSTRIAL EXPRESADAS EN PLANTAS
Enzima
Aplicación industrial
Planta
Cantidad
Lacasa
Industria textil (decoloración de
fibras), clarificación de zumos y
“bioglue” para madera
Maíz
10 g/kg grano
Tabaco
0,3% PST
Nicotiana
benthamiana
5,0% PST
Vicia
narbonensis
5 U/kg semillas
Tabaco
0,3% PST
Cebada
—
Arabidopsis
26% PST
α-amilasa
Glucanasa
Procesado del almidón,
clarificación de vinos y zumos,
industria de detergentes
Producción de etanol, industria
textil, de papel y pulpa y
producción de piensos para
animales
4,1% PST
Tabaco
Xilanasa
Bioconversión de paredes
celulares, eliminación de lignina
residual en producción de papel y
mejora de la digestibilidad de las
plantas para piensos animales
Xilanasa
termoestable
Fitasa
Elaboración de piensos para
animales. Liberación del fósforo
de los fitatos
—
3-6%
Colza
2 kU/kg semilla
Guisante
8 kU/kg semilla
Cloroplastos
de tabaco
6% PST
Tabaco
14,4%
Soja
—
Quimosina
Elaboración de queso
Tabaco
Patata
1-0,5%
Transglutaminasa116
Procesado de alimentos
Arroz
—
Tabla 12. Enzimas de interés industrial expresadas en plantas117.
114
115
116
117
Giddings, G. (2001). Transgenic plants as protein factories. Current Opinion in Biotechnology, 12, 450–454.
Horn, M. E.; Woodard, S. L.; Howard, J. A. (2004). Plant molecular farming: systems and products. Plant Cell Rep.; 22,
711-720.
Capell, T.; Claparols, I.; Del Duca, S.; Bassie, L.; Miro, B.; Rodriguez-Montesinos, J.; Christou, P.; Serafini-Fracassini, D.
(2004) Producing transglutaminases by molecular farming in plants. Amino Acids, 26, 419-423.
Biesgen, C.; Hillebrand, H.; Herbers, K. (2002). Technical enzymes produced in transgenic plants. Phytochemistry
Reviews 1, 79–85.
55
Entre los polímeros basados en proteínas
4.2. Ingeniería metabólica
recombinantes se encuentran la elastina, el
colágeno y las proteínas de la seda de la araña.
La ingeniería metabólica de plantas consiste en
la modificación de las rutas enzimáticas de la
El colágeno es una proteína estructural muy utilizada
planta con el fin de modificar el contenido de
en las industrias cosmética, farmacéutica y médica,
determinados compuestos. Las modificaciones
para la elaboración de implantes, piel y cartílago
que pueden realizarse incluyen el aumento del
artificial, injertos de huesos, etc. Un producto
contenido de productos deseables, la
relacionado muy utilizado es la gelatina, que tiene
disminución del contenido de productos
aplicaciones como estabilizante de vacunas y
indeseables o la producción de nuevos
fármacos, para elaborar cápsulas, etc. En la
compuestos que la planta no sintetizaba
actualidad su obtención es a partir de fuentes
anteriormente. Para ello, puede actuarse sobre
animales lo cual lleva asociado riesgos de transmisión
las rutas existentes en la planta o introducir
de enfermedades y de rechazos en el caso de los
implantes debido a que pueden desencadenar una
rutas metabólicas completas que den lugar a la
producción de compuestos nuevos.
respuesta inmune en las personas.
El colágeno está formado por tres cadenas que se
asocian formando una triple hélice. Mediante la
introducción de los genes de las cadenas que
4.2.1. Modificación de rutas
enzimáticas existentes119, 120
forman la molécula se ha conseguido expresar en
plantas de tabaco las cadenas, que de manera
Aunque el término “ingeniería metabólica” da idea
espontánea se ensamblan adquiriendo la
de un conocimiento preciso de los sistemas que se
conformación en triple hélice de colágeno. En la
están modificando, esto no siempre es así. Las
actualidad hay varias empresas interesadas en
plantas pueden producir una gran cantidad de
llevar al mercado esta molécula118 (ProdiGene,
compuestos de cuyas rutas de síntesis se conoce
Medicago, Meristem Therapeutics).
muy poco. Existe una regulación muy estricta para
conseguir que en la planta exista un equilibrio
Otras proteínas con interés para la elaboración de
entre los distintos compuestos y el conocimiento
polímeros son las espidroinas, proteínas que forman
de estos mecanismos de regulación es muy
la seda de la tela de las arañas. La seda de la araña
limitado. Muchas de las rutas se encuentran
se considera que es la fibra natural más fuerte que
relacionadas de manera que los productos de unas
existe, es insoluble en la mayor parte de los
son los sustratos de otras y, en ocasiones, varias
disolventes, incluyendo ácidos y bases diluidas, y
rutas distintas conducen a la obtención del mismo
resistente a gran cantidad de enzimas proteolíticas,
producto. En este caso, la actuación sobre una
por lo que tiene un gran interés industrial. Su
ruta podría provocar que se active otra para
obtención en cantidades elevadas a partir de arañas
compensar el cambio. Por estos motivos en la
no es posible, por lo que su producción mediante
mayor parte de los casos las modificaciones se
plantas sería muy importante. De momento se han
hacen por “ensayo y error”.
conseguido expresar dos tipos de espidroinas en
tabaco y patata acumulando más del 2% de la
Las estrategias que pueden usarse para modificar
proteína soluble total, aunque no se ha logrado
el metabolismo de las plantas dependen del tipo
formar fibras a partir de ellas.
de modificación que se desee hacer.
118
119
120
56
Ma, J. K.; Drake, P. M.; Christou, P. (2003). The Production of Recombinant Pharmaceultical Proteins in Plants. Nature, 4,
794-805.
Capell, T.; Christou, P. (2004). Progress in plant metabolic engineering. Current Opinion in Biotechnology, 15,148–154.
Trethewey, R. N. (2004). Metabolite profiling as an aid to metabolic engineering in plants. Current Opinion in Plant
Biology, 7, 196–201.
PLANTAS BIOFACTORÍA
Estrategias para disminuir la cantidad de
un compuesto no deseado.
• Bloqueo de la síntesis de una de las enzimas
de la ruta enzimática. Puede hacerse
reduciendo el nivel de ARN mensajero
mediante antisentidos, cosupresión o
tecnologías de interferencia de ARN.
• Bloqueo de algunas de las enzimas de la
ruta mediante expresión de anticuerpos
dirigidos contra ella.
• Diversificación del flujo hacia una ruta
competitiva.
síntesis de compuestos para poder realizar
modificaciones.
Pueden modificarse las rutas de síntesis de
componentes esenciales para la supervivencia de
la célula vegetal (metabolismo primario) o las
rutas de síntesis de otros componentes que no son
imprescindibles para la supervivencia de la célula,
pero sí para la supervivencia de la planta completa
(metabolismo secundario).
Los componentes del metabolismo primario cuya
modificación mediante ingeniería genética
despierta mayor interés son los hidratos de
carbono y los lípidos debido a sus aplicaciones
alimentarias e industriales.
• Incremento de la degradación del
compuesto que se desea eliminar.
Hidratos de carbono
Estrategias para aumentar la producción
de compuestos normalmente producidos
por la planta. Es lo más frecuente.
• Transferencia de una ruta o parte de una
ruta metabólica de otro organismo.
• Superación de pasos limitantes de la ruta
mediante el bloqueo de rutas competitivas y
disminución de la degradación del
compuesto de interés mediante
modificaciones de la expresión de uno o
varios genes.
• Modificación de la expresión de los genes
reguladores que controlan los genes de
biosíntesis de las distintas enzimas de la ruta.
La regulación de los flujos metabólicos no está
sólo limitada por la expresión de los genes de las
enzimas. Existen otros factores que influyen de
manera muy importante como son la regulación
El hidrato de carbono de reserva más abundante
en las plantas es el almidón y se encuentra en
distintos órganos como semillas, frutas, tubérculos
y raíces. Se utiliza en la industria alimentaria y en
la elaboración de adhesivos, plásticos y polímeros,
y como sustrato fermentable para la obtención de
etanol y otro tipo de compuestos químicos.
El almidón es un polímero de glucosa formado por
dos tipos de moléculas denominadas amilosa y
amilopectina. La diferencia entre estas moléculas
es que la amilosa es una cadena lineal de glucosa,
mientras que la amilopectina presenta
ramificaciones. Debido a esta diferencia, cada tipo
de molécula tiene distintas propiedades físicoquímicas y el contenido relativo de cada una de
ellas determinará las propiedades físico-químicas
del almidón121.
En su forma nativa el almidón tiene un número de
aplicaciones limitadas. Para conseguir que tenga
propiedades adecuadas para otro tipo de
aplicaciones debe someterse a distintos
tratamientos y en ocasiones es necesario realizar
modificaciones químicas.
de la actividad enzimática y la compartimentación
y transporte, tanto de las enzimas como de los
precursores para la síntesis de los productos
finales (puede ocurrir que se exprese una enzima
en un lugar de la célula en el que no tenga acceso
a los sustratos adecuados). Por este motivo, es
necesario un mayor conocimiento de las rutas de
121
Mediante la ingeniería metabólica es posible
modificar la composición del contenido de amilosa
y amilopectina del almidón, consiguiendo
almidones que poseen propiedades funcionales
mejoradas sin necesidad de realizar
modificaciones químicas.
Jobling, S. (2004). Improving starch for food and industrial applications. Current Opinion in Plant Biology, 7, 210-218.
57
En maíz y trigo existen mutantes naturales que
Los objetivos de la ingeniería metabólica de lípidos
producen almidón que contiene exclusivamente
se refieren al contenido y composición de ácidos
amilopectina. Esto se debe a que presentan daños
grasos, y a la modificación de otros lípidos
en los genes que codifican para una enzima
minoritarios. Se busca incrementar el contenido
involucrada específicamente en la síntesis de
de determinados ácidos grasos y aumentar el
amilosa y, como consecuencia, sólo pueden
contenido en aceite de las semillas.
sintetizar amilopectina. Mediante la inhibición de
los genes que codifican para esta enzima se ha
Los componentes principales de los aceites
conseguido obtener variedades de patata que no
vegetales son los ácidos grasos. Existen más de
contienen amilosa.
200 tipos de ácidos grasos, que se diferencian en
la longitud de la cadena y la presencia de dobles
Otro ejemplo es la obtención de tubérculos de
enlaces o grupos químicos como hidroxilos, epoxi,
patata con mayor contenido en amilosa mediante
acetilenos, ciclopropenos, furanos, etc., algunas
el bloqueo de la síntesis de las enzimas
de cuyas rutas de síntesis se han conseguido
ramificantes responsables de la síntesis de
identificar. Dentro de estos ácidos grasos sólo
amilopectina. Estos almidones con alto contenido
unos pocos se producen en cantidades elevadas
en amilosa se utilizan por ejemplo para la
(esteárico, linoleico, palmítico, laúrico y oleíco),
elaboración de cartón corrugado y papel y para la
mientras que el resto son muy raros.
elaboración de caramelos.
En el caso de la industria alimentaria interesa
aumentar el nivel de determinados ácidos grasos
El Dr. Pozueta (CSIC y Universidad Pública
de Navarra) es uno de los líderes a nivel
mundial en ingeniería metabólica en
almidón. Su grupo ha descubierto las rutas
enzimáticas precursoras de la producción de
almidón en plantas, habiendo conseguido
plantas transgénicas con un alto contenido
en almidón y alto balance
amilosa/amilopectina.
saludables, entre los que se incluyen los ácidos
grasos poliinsaturados, y mejorar la estabilidad de
los aceites para reducir la necesidad de
hidrogenación. En cuanto a los ácidos grasos con
propiedades saludables se han modificado plantas
del género Brassica y tabaco para que produzcan
ácido γ-linoleico.
Para las aplicaciones industriales el interés se
centra en aumentar la expresión de ácidos grasos
poco frecuentes con propiedades funcionales
atractivas e incrementar el contenido de aceite en
Otro hidrato de carbono con importancia es la
las semillas para reducir los costes de producción.
inulina, que es un compuesto de reserva que se
utiliza como sustituto de grasas en la elaboración
Algunos ejemplos de cultivos de oleaginosas con
de alimentos bajos en calorías. Este hidrato de
contenido en ácidos grasos modificado son cánola
carbono sólo se puede obtener de manera
con alto contenido en ácido laúrico para elaborar
comercial de la achicoria. Mediante ingeniería
detergentes, con alto contenido en ácido esteárico
metabólica se han introducido los genes que
para elaboración de grasas, y con alto contenido
codifican para las enzimas de la ruta de síntesis de
en oleato para usos en alimentación y como aceite
la inulina en otras plantas como patata o
hidráulico.
remolacha.
Por último, señalar la introducción de dos genes
Lípidos
implicados en la síntesis de ceras en jojoba, que es
la única planta capaz de acumular este tipo de
compuestos, en Arabidopsis, consiguiéndose en esta
Los lípidos tienen gran importancia para su
planta una acumulación de hasta un 70% de ceras
utilización, no solo en la industria alimentaria, sino
en las semillas maduras. La transferencia de estos
también para la elaboración de productos que se
genes a otros cultivos comerciales permitiría la
utilizan en otras industrias como detergentes y
obtención de estos compuestos para distintas
jabones, recubrimientos, pinturas, lubricantes,
aplicaciones entre las que se encuentran la
plásticos, derivados químicos, etc.
elaboración de lubricantes industriales y cosméticos.
58
PLANTAS BIOFACTORÍA
o producir suplementos dietéticos122. Las rutas
Productos del metabolismo secundario
mejor conocidas son las de la formación de
En el metabolismo secundario se incluyen aquellas
rutas de síntesis de moléculas que no son
flavonoides y antocianinas y las de los alcaloides,
debido a que existen sustancias de interés
farmacéutico que pertenecen a estos grupos de
importantes para la supervivencia de la célula,
compuestos.
pero sí para la supervivencia de la planta
completa, como pigmentos de flores y frutos,
aromas, sabores, componentes tóxicos, etc.
A continuación, en la tabla 13 se indican algunas de
Muchas de estas sustancias se utilizan para la
las modificaciones que se han realizado en plantas
producción de medicinas, colorantes, insecticidas,
mediante ingeniería metabólica para acumular
aromas y fragancias, y para enriquecer alimentos
compuestos del metabolismo secundario.
EXPRESIÓN DE METABOLITOS SECUNDARIOS
Compuesto
Enzima
Planta
Fitoeno sintasa de Erwinia uredovora
Tomate
S-adenosil metionina descarboxilasa
Tomate
Licopeno
γ-tocoferol metil transferasa
Vitamina E (tocoferol)
Arabidopsis
Maíz
Vitamina A (β-caroteno)
Fitoeno sintasa de narciso y
fitoeno desaturasa de Erwinia uredovora
Licopeno-β-ciclasa de narciso
Arroz
Astaxantina
β-Caroteno cetolasa de algas
Tabaco
Flavonol
Chalcona isomerasa de petunia
Tomate
Arabidopsis
Isoflavonas
Isoflavona sintasa
Tabaco
Maíz
Caempferol
Genes reguladores Lc y C1 de maíz
Tomate
Quercetina
Genes CH1 de petunia
Tomate
Tabla 13. Ingeniería metabólica de plantas para la expresión de metabolitos secundarios123, 124.
Lignina
compuestos químicos contaminantes, por lo que
existe interés en eliminar o reducir su contenido.
Un ejemplo de la utilización de la ingeniería
Se han caracterizado varias enzimas de su ruta
metabólica para disminuir el contenido de un
de síntesis y se ha conseguido reducir el
compuesto en una planta es la reducción de
contenido de la lignina mediante la regulación de
lignina. La lignina es un polímero complejo que
las enzimas 4-coumarata-CoA ligasa (4CL) o la
impregna la pared celular de muchas células
cinnamil alcohol deshidrogenasa (CAD). Existen
vegetales confiriéndoles resistencia mecánica,
ensayos de campo con álamo temblón con
siendo responsable de la dureza de la madera.
contenido en lignina modificado. Otras especies
Para la producción de pulpa y papel a partir de la
que se están barajando para realizar
madera es necesario extraer este compuesto, lo
modificaciones de este tipo son chopos,
cual resulta costoso y da lugar a la formación de
eucaliptos y pinos125, 126, 127.
122
123
124
125
126
127
Verpoorte, S. R.; Memelink, J. (2002). Engineering secondary metabolite production in plant. Current Opinion in Biotechnology,
13, 181-187.
Tucker, G. (2003). Nutritional enhancement of plants. Current Opinion in Biotechnology, 14, 221-225.
Forkmann, G.; Martens, S. (2001). Metabolic engineering and applications of flavonoids. Current Opinion in Biotechnology, 12,
155-60.
Mckeon, T. A. (2003). 4. Genetically modified crops for industrial products and processes and their effects on human health.
Trends in Food Science & Technology, 14, 229-241.
Capell, T.; Christou, P. (2004). Progress in plant metabolic engineering. Current Opinion in Biotechnology, 15, 148–154.
Peña, L.; and Séguin, A. (2001). Recent advances in the genetic transformation of trees. Trends in Biotechnology, 19, 500-506.
59
4.2.2. Introducción de nuevas rutas
enzimáticas128
La introducción en la planta de nuevas rutas que ésta
no poseía de manera natural, es la aplicación de la
ingeniería metabólica que mayor éxito ha tenido.
Esto se debe a que, generalmente, la planta no
dispone de métodos de regulación endógena sobre
rutas que no posee de manera natural.
Por tanto, para conseguir una producción adecuada
es necesario asegurar que la actividad enzimática
que se ha introducido es suficiente y que existen
sustratos disponibles. Además es necesario prevenir
la degradación del producto por las enzimas
endógenas de la planta.
Existen distintos ejemplos de rutas completas que se
han introducido en plantas que permiten que sean
utilizadas como biofactorías de compuestos de
interés, como la producción de bioplásticos en
distintas especies, la producción de vitamina A en
arroz y la alteración de la composición de los ácidos
grasos.
Bioplásticos129
Un ejemplo de introducción de una ruta biosintética
completa es la producción de polímeros de
polihidroxialcanoatos (PHAs) en plantas transgénicas.
Los PHAs son macromoléculas sintetizadas por
bacterias que se acumulan en el citoplasma
formando gránulos y pueden alcanzar hasta un 90%
del peso seco celular. Estas moléculas muestran
propiedades parecidas a algunos plásticos como el
polipropileno, por lo que han despertado gran
interés, debido a que son biodegradables y
reciclables.
El PHA mejor estudiado es el poli(3-hidroxibutirato)
(PHB). En la síntesis de este compuesto están
implicadas tres enzimas, que son la 3-cetotiolasa, la
128
129
130
131
60
acetacetil-CoA reductasa y la PHA sintasa. Mediante
la introducción de los tres genes bacterianos que
codifican para las enzimas implicadas en su síntesis
en plastos de Arabidopsis, se ha conseguido la
acumulación de este polímero en una cantidad
superior al 40% en peso seco. La acumulación de
este polímero en Arabidopsis no da lugar a
problemas de fertilidad o crecimiento, pero en las
plantas que presentan altos contenidos se observan
fenómenos de clorosis.
Este polímero se ha conseguido expresar en otras
plantas como alfalfa, mediante transformación
cloroplástica de hoja, pero no se han logrado
producciones tan elevadas como en Arabidopsis.
Otras especies que se han considerado interesantes
para la producción de este compuesto son las
oleaginosas, ya que el PHB deriva del mismo
precursor que los aceites.
Recientemente se ha realizado la introducción de los
genes de la síntesis del PHB en plantas de lino
oleaginoso (Linum usitatissimum). El lino oleaginoso
es una planta que se utiliza para producir fibras de
estopa. La producción en una misma planta de fibras
de estopa y PHB es muy interesante ya que se
obtienen materiales formados por una matriz del
polímero reforzada con las fibras del lino, que según
los resultados parece que mejoran las propiedades
extensibles de estas fibras130.
El inconveniente que presenta el PHB es que es un
polímero frágil con pocos usos potenciales. Existe
otro copolímero denominado poli(3-hidroxibutiratoco-3-hidroxilvalerato) conocido con el nombre de
Biopol, con propiedades más adecuadas que el PHB,
que se ha producido en Arabidopsis y colza.
Algunas de las compañías interesadas en la
producción de PHAs son Monsanto, que está
trabajando en soja y colza, Zeneca Seeds, que
trabaja con colza131 y la empresa Metabolix, que se
encuentra trabajando con mijo perenne, tabaco y
alfalfa.
Trethewey, R. N. (2004). Metabolite profiling as an aid to metabolic engineering in plants. Current Opinion in Plant
Biology, 7, 196–201.
Capell, T.; Christou, P. (2004). Progress in plant metabolic engineering. Current Opinion in Biotechnology, 15, 148–154.
Wróbel, M.; Zebrowski, J.; Szopa, J. (2004). Polyhydroxybutyrate synthesis in transgenic flax. Journal of Biotechnology,
107, 41-54.
Reddy, C. S. K.; Rashmi, R. G.; Kalia, V. C. (2003). Polyhydroxyalkanoates: an overview. Bioresource Technology, 87,
137-146.
PLANTAS BIOFACTORÍA
5. Legislación
Para asegurar que la aplicación de las técnicas de
En este Reglamento se contemplan los aspectos
modificación genética para obtener organismos
necesarios para la aplicación de la Ley. Incluye las
modificados genéticamente se hace en condiciones
normas sobre información, vigilancia y control de
en las que los riesgos para la salud o para el medio
las actividades de utilización confinada, liberación
ambiente sean mínimos, se ha adoptado una serie
voluntaria y comercialización de OMGs, las
de medidas de garantía y control de las actividades
responsabilidades, infracciones y sanciones, así
en las que se produzcan o empleen OMG.
como la composición y competencias del Consejo
Interministerial de Organismos Modificados
La regulación en el ámbito de la Unión Europea se
Genéticamente y de la Comisión Nacional de
realiza a través de dos Directivas básicas, que han
Bioseguridad.
sido modificadas posteriormente debido a
desarrollos y adaptaciones al progreso técnico:
Este Reglamento define la utilización confinada
como “cualquier actividad por la que se modifique
• Directiva 90/219/CEE modificada por la
el material genético de un organismo o por la que
Directiva 98/81/CE relativa a la utilización
éste, así modificado, se cultive, almacene,
confinada de microorganismos modificados
emplee, transporte, destruya o elimine, siempre
genéticamente.
que en la realización de tales actividades se
utilicen medidas de confinamiento, con el fin de
• Directiva 2001/18/CE sobre la liberación
intencional en el medio ambiente de organismos
limitar su contacto con la población y el medio
ambiente”.
modificados genéticamente por la que se deroga
la Directiva 90/220/CEE. Es el principal
instrumento legislativo en virtud del cual los
ensayos experimentales y el comercio de OMG y
de productos que contengan OMG son
autorizados en la Comunidad Europea.
Las actividades de utilización confinada se
clasifican en cuatro tipos en función del riesgo
para la salud humana y el medio ambiente. A cada
uno de estos tipos se le asigna el grado de
confinamiento suficiente para proteger la salud
Estas Directivas han sido incorporadas a la
legislación española a través de la Ley 9/2003, y
el Real Decreto 178/2004. La Ley 9/2003
establece el régimen jurídico de la utilización
confinada, liberación voluntaria y comercialización
de organismos modificados genéticamente y el
humana y el medio ambiente. El Reglamento
incluye los requisitos habituales mínimos y las
medidas necesarias para cada grado de
confinamiento para las actividades de laboratorio,
las actividades en invernaderos y semilleros y
para actividades distintas de las de laboratorio.
Real Decreto 178/2004 incorpora las Directivas y
Decisiones de la Comisión de desarrollo y
A continuación se incluye una tabla con las
adaptación posteriores y aprueba el Reglamento
notificaciones de utilizaciones confinadas llevadas a
General para el Desarrollo y Ejecución de la Ley
cabo en España relacionadas con la agricultura
9/2003.
molecular.
61
NOTIFICACIONES DE UTILIZACIONES CONFINADAS LLEVADAS A CABO EN ESPAÑA
RELACIONADAS CON LA AGRICULTURA MOLECULAR
Nº de
notificación
Fecha
recepción
Empresa
Lugar
OMG
Objeto de
modificación
Tipo
OMG*
A/ES/02/04
(a, b, c, d)
10-02-02
Dpto. Mejora
Genética y
Biotecnología
(INIA)
Madrid
Diversos
Diversos
1y2
A/ES/02/06
27-06-02
Universidad
Pública de
Navarra
Navarra
Nicotiana
tabacum
Producción
de proteínas
humanas
1
A C Navarra
Madrid
E. coli
Arabidopsis
thaliana
Producción
inóculo de
vector viral
TuMV
Evaluación
infectividad
de plásmidos
1
A C Madrid
Agrenvec
Tarragona
Potyvirus
del
mosaico
del nabo
Inoculación
del potyvirus
MG en
plantas del
género
Brassica
1
A C Cataluña
01-12-03
Instituto de
Biología
Molecular de
Barcelona
Barcelona
Arroz y
tabaco
Producción
de proteínas
de interés
terapéutico
1
A/ES/02/12
29-11-02
A/ES/03/15
A/ES/03/17
20-11-03
Agrenvec
Comunicación
o autorización
Tabla 14. Notificaciones de utilizaciones confinadas llevadas a cabo en España relacionadas con la agricultura molecular.
*
Tipo
Tipo
Tipo
Tipo
1:
2:
3:
4:
riesgo nulo o insignificante.
bajo riesgo.
riesgo moderado.
alto riesgo.
En este Reglamento se define la liberación
autorización expresa previa a la liberación y un
voluntaria como “la introducción deliberada en el
plan de seguimiento con vistas a detectar los
medio ambiente de un organismo o combinación
efectos de los OMGs sobre la salud humana o el
de OMGs, sin que hayan sido adoptadas medidas
medio ambiente equivalentes, al menos, a los
específicas de confinamiento para limitar su
previstos en la Ley 9/2003 y en este Reglamento.
contacto con la población y el medio ambiente y
Además, deben prever los requisitos oportunos del
proporcionar a éstos un elevado nivel de
tratamiento de nuevos datos, información al
seguridad”.
público, datos sobre resultados de la liberación e
intercambios de información.
No será de aplicación a las sustancias y
compuestos medicinales de uso humano que
En este caso, el órgano competente para su
consistan en OMGs o en combinaciones de éstos,
autorización solicitará al Consejo Interministerial
o que contengan dichos organismos, siempre que
de OMGs un informe sobre la evaluación del riesgo
su liberación voluntaria sea distinta a su
para la salud humana y el medio ambiente.
comercialización y esté autorizada por otras
normas comunitarias o por la legislación española
A continuación, en la tabla 15 se incluyen las
dictada para su cumplimiento. Estas normas
notificaciones de liberaciones voluntarias llevadas
deben prever una evaluación del riesgo para la
a cabo en España relacionadas con la agricultura
salud humana y el medio ambiente, una
molecular.
62
PLANTAS BIOFACTORÍA
NOTIFICACIONES DE LIBERACIONES VOLUNTARIAS LLEVADAS A CABO EN ESPAÑA
RELACIONADAS CON LA AGRICULTURA MOLECULAR
Superficie
de
liberación
Nº de
notificación
Empresa
OMG
Comunidad
Autónoma
Objeto de
modificación
Período de
liberación
B/ES/97/24
TEZIER
IBERICA
Tabaco
Valencia
Expresión lipasa
gástrica de
perro
Abril-octubre
1997
B/ES/97/32
CLAUSE
Ibérica/
BIOCEM
Tabaco
Andalucía
Resistencia a
kanamicina
Producción de
colágeno
Mayooctubre
1997
2.000 m2
7/31/1997
B/ES/97/33
CLAUSE
Ibérica/
BIOCEM
Tabaco
Andalucía
Expresión lipasa
gástrica de
perro
Abril-octubre
1997
60.000 m2
7/31/1997
B/ES/99/15
Univ.
Pública de
Navarra
Patata
Navarra
Cambio de
metabolismo de
carbohidratos
Mayo-agosto
1999
300 m2
Nav:
23/06/99
Cataluña
Producción
de proteínas
a partir
de la
inoculación del
virus modificado
en plantas del
género Brassica
15 de junio15 de
septiembre
2003
30.000 m2
Cat:
19/03/04
B/ES/03/40
Agrenvec,
S. L.
Potyvirus
del mosaico
del nabo
(TuMV)
Fecha
aprobación
Sustituida
B/ES/97/33
Tabla 15. Notificaciones de liberaciones voluntarias llevadas a cabo en España relacionadas con la agricultura molecular.
Según el artículo 3 de la Ley 9/2003, la
autorización de comercialización de OMGs o
productos que los contengan, la autorización de
los ensayos de campo relacionados con el examen
técnico para la inscripción en el Registro de
Variedades Comerciales y la vigilancia, control y
sanción, son competencias de la Administración
General del Estado (AGE).
También corresponde a la Administración General
del Estado la concesión de autorizaciones de
utilización confinada y de liberación voluntaria de
OMGs en los siguientes casos:
• Incorporación a medicamentos de uso humano o
veterinario, a productos y artículos sanitarios y a
aquellos que por afectar al ser humano pueden
suponer un riesgo para la salud de las personas.
• Supuestos derivados de la Ley 13/1986 de
Fomento y Coordinación de la Investigación
Científica y Técnica cuando los programas de
investigación sean ejecutados por las
instituciones, entes u órganos del propio Estado.
Estas autorizaciones son otorgadas por el
Consejo Interministerial de Organismos
Modificados Genéticamente, adscrito al
Ministerio de Medio Ambiente. Dicho Consejo está
compuesto por representantes de los Ministerios
de Medio Ambiente; Agricultura, Pesca y
Alimentación; Sanidad y Consumo; Economía y
Hacienda; Industria, Turismo y Comercio;
Educación y Ciencia e Interior, todos ellos con
rango de Director General. El Consejo funciona en
coordinación con la Comisión Nacional de
Bioseguridad, y es responsable de la coordinación
e intercambio de información con las Comunidades
Autónomas y con la Comisión Europea.
Las Comunidades Autónomas son competentes
en la concesión de autorizaciones, (salvo los casos
que corresponden a la Administración General del
Estado) de utilización confinada y de liberación
voluntaria de OMGs con fines de investigación y
desarrollo y cualquier otro distinto de la
comercialización; y en la vigilancia, el control, y la
imposición de sanciones de estas actividades, con
excepción de las que son de competencia estatal,
según lo que se ha indicado anteriormente.
Las actividades de evaluación de riesgo de los
organismos modificados genéticamente están
adscritas al Ministerio de Medio Ambiente,
63
conforme a lo establecido en el Real Decreto
1477/2004 por el que se desarrolla la estructura
orgánica básica del Ministerio de Medio Ambiente.
La Comisión Nacional de Bioseguridad es un
órgano colegiado de carácter consultivo cuya
función es informar sobre las solicitudes de
autorización correspondientes a organismos
modificados genéticamente. Está adscrita al
Ministerio de Medio Ambiente y compuesta por
representantes de los diferentes Ministerios
implicados y por representantes de las
Comunidades Autónomas, así como de personas e
instituciones expertas en la materia.
Además de esta normativa encaminada a
garantizar que los riesgos para la salud o el medio
ambiente derivados de las actividades en las que
se produzcan o empleen OMGs sean mínimos, es
necesaria la regulación de la coexistencia de los
cultivos de OMGs y otros tipos de cultivos
incluidos los convencionales y los ecológicos.
No existe una normativa que regule este aspecto,
pero sí se ha elaborado una Recomendación de la
Comisión (2003/556/CE), sobre las Directrices
para la elaboración de estrategias y mejores
prácticas nacionales a fin de garantizar la
coexistencia de los cultivos modificados
genéticamente con la agricultura convencional y
la agricultura ecológica. Debido a las condiciones
específicas de cada país miembro, la Comisión no
es partidaria de la elaboración de una normativa
comunitaria, sino que deja libertad a cada estado
miembro para elaborar su propia normativa
nacional. Esta Recomendación ofrece una serie
de principios y factores que deben tenerse en
cuenta para la elaboración de estrategias de
coexistencia.
En España aún no se ha aprobado una normativa
sobre coexistencia aunque existe un borrador muy
avanzado del Ministerio de Agricultura, Pesca y
Alimentación.
A continuación se incluyen tres cuadros en los que
se indican los procedimientos administrativos de
autorización de las actividades de utilización
confinada, liberación voluntaria y comercialización
de organismos modificados genéticamente.
64
PLANTAS BIOFACTORÍA
UTILIZACIÓN CONFINADA DE ORGANISMOS MODIFICADOS
GENÉTICAMENTE - RD 178/2004
SOLICITANTE
CC.AA.
Evaluación del riesgo de la actividad
para la salud humana y el medio
ambiente
Comisión Regional
de Bioseguridad
Comunicación a la Administración
de la utilización de instalaciones
específicas
TIPO 1
TIPO 2
TIPOS 3 y 4
AGE*
Comprobación
documental
Director General de
Calidad y Evaluación
Ambiental
Art. 3 Ley 9/2003
Secretario del Consejo
Interministerial de OGMs
Comisión Nacional de
Bioseguridad
Mínimo
45 días
€
Mínimo
90 días
Recibo tasas
Mínimo
45 días
Informe de conformidad
RESOLUCIÓN DE AUTORIZACIÓN
Emisión resolución
* Administración General del Estado.
Comunicación de primera utilización de instalaciones.
Comunicación de utilizaciones confinadas sucesivas.
Inicio de la actividad en primera utilización.
Inicio de actividad en utilizaciones sucesivas.
Autorización expresa para primera utilización.
Autorización expresa para sucesivas utilizaciones.
TIPO DE ACTIVIDADES:
TIPO
TIPO
TIPO
TIPO
1:
2:
3:
4:
RIESGO NULO O INSIGNIFICANTE
BAJO RIESGO
RIESGO MODERADO
ALTO RIESGO
Fuente: AGRENVEC.
LIBERACIÓN VOLUNTARIA EN EL MEDIO AMBIENTE DE OGMs CON FINES
DISTINTOS A LA COMERCIALIZACIÓN - RD 178/2004
SOLICITANTE
CC.AA.
Comisión Regional
de Bioseguridad
Estudio
técnico
Evaluación
del riesgo
Resumen
en inglés
Comprobación
documental
Solicitud de autorización
RESOLUCIÓN DE AUTORIZACIÓN
Director General
de Calidad y
Evaluación
Ambiental
COMISIÓN
EUROPEA
30 días
Información
pública
Art. 3 Ley 9/2003
Secretario del Consejo
Interministerial de OGMs
Recibo tasas
Comisión Nacional
de Bioseguridad
€
Mínimo
90 días
AGE
Emisión resolución
Informe de conformidad
Informe de resultados
Solicitud de autorización de liberación voluntaria en el medio ambiente.
Autorización expresa con condiciones particulares.
Inicio de la liberación voluntaria.
Fuente: AGRENVEC.
65
66
Notificador
o
ecib
de r
e
s
Acu
Envío de la notificación
Fuente: Ministerio de Medio Ambiente
**ERMA: Evaluación de riesgos medioambientales
Comunidades
Autónomas
Envío de la
notificación
Consejo
Interministerial
de OGMs
Toma de
decisión
final
Comisión
Europea
Información adicional
Solicitud de informe
Informe de
evaluación
de España
Consejo
Europeo
Informe ERMA**
Observaciones
Envío informe de evaluación
Formulación de
observaciones ¿?
Solicitud de información adicional
Envío
inmediato
del SNIF
Informe de evaluación (90 días)
Contestación a observaciones,
objeciones y envío de
información adicional
Estados
miembros
Formulación de observaciones y/u objeciones,
petición de información adicional (60 días)
Envío inmediato del SNIF*
PROCEDIMIENTO DE COMERCIALIZACIÓN DE OMGs
Informe de evaluación + Notificación completa (30 días)
*SNIF: Formato resumen de la notificación
Formulación de observaciones
y/u objeciones, petición de
información adicional (60 días)
Comisión
Nacional de
Bioseguridad
(Informe
Preceptivo)
Consulta pública
(Página web JRC,
30 días)
PLANTAS BIOFACTORÍA
6. Aspectos de mercado
132
Descripción del sector
No obstante, las primeras moléculas procedentes de
plantas como biofactorías que se han comercializado
La agricultura molecular puede considerarse un
no han sido biofármacos, sino las enzimas
subsector dentro de la biotecnología formado
producidas por Prodigene y comercializadas por
principalmente por grupos de investigación de
Sigma Aldrich. Esto se debe a que a la producción
centros públicos y de universidades y por
de moléculas de interés industrial se le aplica una
empresas, en su mayoría de pequeño tamaño,
normativa menos estricta que la que se aplica a
aunque existen algunas con un tamaño mayor y
moléculas biofarmacéuticas.
un número de empleados en torno a 50 personas.
La relación entre los centros de investigación y las
empresas es muy estrecha, y en muchos casos los
Empresas
centros de investigación proporcionan a las
empresas distintos servicios o los componentes
La base del sector la constituyen las denominadas
técnicos de la plataforma de producción,
“empresas plataforma”, que son aquellas
incluyendo herramientas de transformación,
capaces de llevar a cabo la mayor parte de los
expresión, etc.
procesos necesarios para la obtención de
proteínas recombinantes en plantas (incluyendo
Como se ha indicado, el principal interés
las tecnologías básicas de transformación y los
de la utilización de plantas como biofactorías
sistemas que permiten optimizar la producción y
es la obtención de proteínas recombinantes de
purificación). Para poder operar con libertad
interés biosanitario, debido a la creciente
necesitan tener el control sobre la propiedad
demanda de este tipo de productos y a la
industrial, lo cual puede hacerse a través del
dificultad que entraña su obtención, y es en este
desarrollo de tecnología o bien licenciando la que
sentido en el que se orientan la mayor parte de
otros han patentado. Dentro de las empresas
las empresas.
plataforma se diferencian dos grupos:
• Empresas con experiencia, con productos en fase de ensayo clínico o cercanos a esta fase. Se
formaron a finales de los años 90, son de tamaño mediano y contienen en sus plantillas científicos
cualificados, expertos en normativa y empresarios. Operan como plataformas de producción
completas y son capaces de producir moléculas a pequeña escala. Muchas de estas empresas han
tenido problemas financieros y la mayor parte dependen de inversores privados. A medida que los
productos avancen en los ensayos clínicos el valor de estas empresas irá aumentando, aunque es
posible que algunas desaparezcan, como ha ocurrido con CropTech. Algunos ejemplos son Large
Scale Biology, Meristem Therapeutics, Planet Biotechnology, Prodigene, Sembiosys
Genetics, Icon Genetics, Medicago, Plantechno y SunGene.
• Empresas de reciente creación, de pequeño tamaño, con menos de 10 empleados. Son
principalmente “spin-off” de centros de investigación de universidades o centros públicos. Dentro de
este grupo se incluyen desde empresas que desarrollan tecnologías hasta empresas que desarrollan
productos. Su financiación es mediante inversores semilla y subvenciones de gobiernos locales. Es
posible que aquellas empresas que desarrollan tecnologías en un futuro sean capaces de desarrollar
plataformas de producción completas o bien que se integren en empresas de mayor tamaño
dedicadas a la agricultura molecular. Dentro de este grupo se encuentran las empresas españolas
que en la actualidad se dedican a agricultura molecular como Agrenvec, Era Plantech y Plant
Bioproducts.
132
Arcand, F.; Arnison, P. (2004). Development of Novel Protein-Production Systems and Economic Opportunities &
Regulatory Challenges for Canada. www.plantpharma.org/documents/NPPS_040412.pdf.
67
Existe otro tipo de empresas dedicadas al
desarrollo de productos, creadas específicamente
para este fin como “spin-out” o filiales a partir de
otras empresas del sector farmacéutico o de la
biotecnología en general. No poseen una
plataforma completa de producción y su objetivo
es el desarrollo de nuevos sistemas de producción
o de nuevos productos de su propiedad. Es posible
que el número de empresas de este tipo aumente
debido a alianzas y acuerdos de licencia de
patentes en el caso de que continúe la tendencia
al desarrollo de este tipo de productos. Algunos
ejemplos son Agracetus o Calgene.
Propiedad Industrial
Como se ha indicado para la obtención de una
planta que pueda usarse como una biofactoría de
moléculas de interés es necesaria la utilización de
distintas tecnologías. Por una parte se encuentran
las tecnologías de transformación, más generales
y menos dominantes; y por otra, tecnologías
relacionadas con la optimización de la producción
y la mejora de la purificación y el confinamiento,
que son más específicas para cada combinación de
planta/plataforma.
La libertad de operación puede conseguirse
mediante el desarrollo de actividades
investigadoras que conduzcan a la obtención de
patentes. En caso de que la tecnología que se
necesite pertenezca a otra organización también
puede lograrse estableciendo acuerdos o alianzas,
o a través del pago de licencias. Es necesario
evaluar el coste que implica el desarrollo de
tecnologías originales patentables, frente al coste
que supone licenciar tecnologías ya existentes. Es
posible que el establecimiento de acuerdos con los
propietarios de la tecnología o incluso la licencia
de la patente, sean más beneficiosos que la
inversión que supone el desarrollo de la
tecnología.
Sin embargo, la obtención de patentes de
tecnologías originales permite a la empresa elegir
entre varias posibilidades:
• Una estrategia monopolista para evitar que otros
exploten su tecnología.
• Una estrategia de licencias que les proporcione
ingresos procedentes de las ventas de otras
empresas.
• El establecimiento de colaboraciones que les
permitan acceder a la tecnología de otras
empresas.
68
La estrategia más adecuada para empresas
pequeñas y centros de investigación parece ser el
desarrollo de la mayor cantidad posible de
patentes en las áreas donde existan menos. Esto
permitiría establecer acuerdos de co-licencia con
los dueños de patentes dominantes, situándose en
una posición defensiva más fuerte en tecnologías
que facilitan la aprobación del producto, la
seguridad y eficacia y la producción de biomasa.
Evolución del sector
Como se ha indicado a lo largo del informe, el
principal interés del sector se centra en el
desarrollo de moléculas de interés biosanitario.
Existen ya algunos productos que han superado
las etapas preclínicas y en la actualidad están en
fase de ensayo clínico, por lo que es posible que
en los próximos años algunos de ellos alcancen el
mercado. El tiempo empleado en el desarrollo de
este tipo de productos implica la inmovilización del
capital durante periodos relativamente largos.
A medida que se avanza en las investigaciones es
necesario realizar nuevos aportes de capital. Por
este motivo es posible que algunas empresas
pasen a desarrollar productos no farmacéuticos
con un tiempo de aprobación menor y una entrada
en el mercado más rápida, que generará
beneficios de manera más temprana.
Teniendo en cuenta estos puntos es previsible que
la evolución del sector se oriente hacia:
• La continuación en el desarrollo de productos
farmacéuticos, solos o en sociedad con compañías
biofarmacéuticas. Pueden establecerse relaciones
entre empresas, incluyendo la subcontratación de
empresas de agricultura molecular por
farmacéuticas para el desarrollo de productos
concretos y, en algunos casos, la compra de estas
empresas de modo que pasen a ser unidades
integradas dentro de las biofarmacéuticas.
Excepcionalmente, algunas empresas dedicadas al
desarrollo de plantas como biofactorías de
moléculas de interés terapéutico, crecerán para
convertirse en empresas farmacéuticas integradas.
• El desarrollo de productos no farmacéuticos. En
este tipo de productos se incluyen productos de
interés industrial, productos dedicados al
cuidado personal y reactivos de laboratorio. Son
productos que requieren un tiempo de
aprobación menor que los farmacéuticos, de
modo que podrán entrar antes en el mercado y
generar ingresos.
PLANTAS BIOFACTORÍA
• El desarrollo de productos en tejidos comestibles
para la elaboración de productos farmacéuticos o no
completado la fase I de ensayo clínico), contra
papilomavirus y contra parvovirus.
farmacéuticos cuya administración pueda realizarse
sin necesidad de purificación, bien por vía oral o por
Colaboraciones:
vía dérmica. Este tipo de productos, como se ha
indicado, presentan ventajas económicas porque
evitan la etapa de purificación, pero existen algunos
retos técnicos y obstáculos legislativos.
• Colaboración con ProdiGene Inc., para el
desarrollo de anticuerpos terapéuticos.
Prodigene desarrollará las construcciones
genéticas para la transformación y Large
A continuación se indican algunos ejemplos de
Scale Biology Corp. usará sus tecnologías de
empresas que poseen productos en fase de
bioprocesamiento y extracción para purificar
ensayo clínico, relativamente cercanos a la
los anticuerpos de manera eficiente y
comercialización.
económica.
• Colaboración con el US Naval Medical Research
LARGE SCALE BIOLOGY CORP.
Center, en el estudio de nuevas proteínas
California, Estados Unidos
capaces de estimular el crecimento de las células
www.lsbc.com
de la médula ósea y células madre.
Es una empresa estadounidense de tamaño
Su estrategia de protección de su propiedad
medio, con 130 profesionales, fundada en 1987.
industrial está encaminada a asegurarse libertad
Se dedica a la investigación, análisis,
de operación en todas sus áreas de negocio. En el
manufactura y comercialización de proteínas.
campo de GENEWARE® poseen 17 patentes
estadounidenses y 47 en otros países, cuyas
Mantiene colaboraciones con distintos centros y
duraciones están entre 2011 y 2018. Poseen otras
empresas entre los que se encuentran algunas
patentes relacionadas con proteómica, genómica y
relacionadas con la agricultura molecular como
biomanufactura.
Dow AgroSciences LLC, Prodigene Inc. o
Plant Bioscience Ltd.
MERISTEM THERAPEUTICS
Poseen una tecnología basada en la utilización
de vectores virales denominada GENEWARE®.
Ésta permite testar la función de nuevos genes,
Clermont-Ferrand, Francia (subsidiaria en
Massachusetts, Estados Unidos)
www.meristem-therapeutics.com
las proteínas codificadas por ellos, la producción
en masa y purificación de proteínas
Es una empresa de tamaño medio con alrededor
recombinantes en plantas de tabaco y la
de 60 trabajadores, de los cuales 40 son
evaluación de la expresión transitoria de genes
científicos. Fundada en 1997 para desarrollar un
foráneos. Usan el virus del mosaico del tabaco y
programa de investigación denominado Molecular
tienen autorización de APHIS (Animal and Plant
Pharming®, que se inició en 1992 por el Grupo
Health Inspection Service) para realizar ensayos
Limagrain y cuyo objetivo se centraba en la
de campo con este virus.
producción de proteínas terapéuticas
recombinantes derivadas de plantas. El Grupo
Poseen varios productos en distintas fases de
Limagrain contribuyó con su propiedad industrial,
desarrollo y colaboraciones para el desarrollo de
resultados científicos, material y know-how. En la
otros productos nuevos:
actualidad es líder en la producción de proteínas
terapéuticas recombinantes en plantas para la
Desarrollo de productos:
• α-galactosidasa A para el tratamiento de la
enfermedad de Fabry (en fase de ensayo
clínico), lipasa ácida lisosomal (LAL en sus
siglas en inglés), para terapia cardiovascular y
una nueva generación de compuestos
biológicos como aprotinina e interferón.
• Vacunas personalizadas contra el linfoma
no-Hodgkins (en la actualidad se ha
industria farmacéutica.
Mantiene colaboraciones con distintas empresas
como Stallergenes, para evaluar la viabilidad
industrial y producción de dos alérgenos de
ácaros en plantas; con Mitsubishi Pharma
Corp y Eli Lilly Co., para la producción de
proteínas recombinantes en plantas, y con el
Grupo Limagrain, que les proporciona
infraestructuras agrícolas y su banco de
germoplasma.
69
Posee una plataforma denominada Molecular
plantas (incluyendo lipasa, lactoferrina,
Pharming® Platform Technology, que incluye
hemoglobina y colágeno) y herramientas de la
desde la tecnología de transformación
biología molecular (promotores y vectores
(agroinfiltración y transformación estable de
para aumentar la expresión de proteínas
tabaco y maíz) hasta la fase final de purificación.
recombinantes en plantas dicotiledóneas y
monocotiledóneas).
Poseen varios productos en distintas fases de
desarrollo:
• Lipasa gástrica para el tratamiento de la
• Patentes relacionadas con la extracción y
purificación.
• Patentes relacionadas con la producción de
insuficiencia exocrina pancreática en pacientes
plantas (aumento de la producción e inhibición
afectados por fibrosis quística o patologías
de la germinación).
pancreáticas, expresada en maíz. Se han
realizado los ensayos clínicos en fase I siendo
Además han firmado acuerdos de licencia
satisfactorios, por lo que en la actualidad se
exclusivos y no exclusivos de patentes con otras
encuentra en fase II en Alemania y Francia y
empresas como Von Schawen, Japan
se espera que esté en el mercado en Europa
Tobacco, Pangene, Calgene y Mogen
entre 2007-2008. Han obtenido el “orphan
Licensing y con la fundación Cornell Research
drug status” en Europa.
Foundation.
• Albúmina sérica humana. Han conseguido
producir cantidades de miligramos en tabaco,
con un correcto patrón de plegado. Colaboran
PLANET BIOTECHNOLOGY INC.
con la empresa Pangene, para el desarrollo de
California, Estados Unidos
una técnica que permita su expresión en maíz.
www.planetbiotechnology.com
• Lactoferrina en fase I de ensayos clínicos, para
tratamiento de infecciones gastrointestinales y
síndrome del ojo seco en maíz.
• Alérgenos recombinantes de los ácaros del
polvo.
Es una empresa estadounidense
dedicada a la investigación, desarrollo y
comercialización de nuevos productos
terapéuticos y preventivos basados en
anticuerpos monoclonales obtenidos de plantas
genéticamente modificadas.
• Producción de colágeno humano en plantas.
Han conseguido producir cantidades de
gramos en tabaco. Producen dos tipos de
colágeno, una forma hidroxilada, que forma
fibras y es estable a temperaturas con
relevancia biológica y un tipo no hidroxilado
que podría usarse como pegamento biológico.
Poseen una tecnología para la producción de
inmunoglobulina A (Protected-SIgA™) en
plantas transgénicas. Es la primera empresa en
el mundo que ha conseguido producir y testar
clínicamente de manera exitosa un anticuerpo
en plantas de tabaco.
• Se encuentran investigando la producción de
otras proteínas recombinantes complejas
Se han centrado en el desarrollo de drogas
como la hemoglobina humana en tabaco y
preventivas y terapéuticas en tres mercados
anticuerpos monoclonales, de los que han
médicos amplios no referidos a enfermedades
conseguido obtener cantidades de miligramos
mortales. Poseen tres productos en desarrollo:
de anticuerpos monoclonales completos y
conformados en tabaco.
• CaroRx™. Anticuerpo para prevenir la caries
dental. Están en ensayos en fase II para
Poseen una autorización de APHIS para realizar
desarrollar IgGs.
ensayos de campo con maíz.
• RhinoRx™. Anticuerpo para tratar los
En cuanto a su estrategia en el ámbito de la
propiedad industrial, poseen patentes pertenecientes
a distintas familias, entre las que se incluyen:
catarros debidos a rinovirus. Ensayos en fase
I. Anti-ICAM-1 SIgA tópico para rinovirus en
tabaco.
• DoxoRx™. Anticuerpo para el tratamiento de
• Patentes que cubren la producción y
aislamiento de distintas clases de proteínas en
70
la alopecia inducida por el tratamiento
quimioterapéutico.
PLANTAS BIOFACTORÍA
– Lacasa. Es una enzima redox que se usa
PRODIGENE INC
como blanqueante en distintas industrias.
Texas, Estados Unidos
www.prodigene.com
Su propiedad industrial les permite tener una
posición fuerte frente a empresas competidoras.
Es una empresa estadounidense pionera en el
Combinan el desarrollo y comercialización de los
uso de plantas transgénicas para producir
productos de los que son propietarios de
proteínas recombinantes con uso en el campo
manera independiente, con colaboraciones y
farmacéutico, industrial y de la salud animal. Es
alianzas con otras compañías para la fabricación
la primera empresa que ha desarrollado y
de proteínas de interés terapéutico e industrial.
comercializado este tipo de productos.
Han colaborado con empresas farmacéuticas y
Existen otras empresas que han desarrollado
dedicadas a la agricultura molecular como
tecnologías específicas para mejorar alguno de los
Genencor Inc, Pharmaceutical Inc., Large
puntos para optimizar la producción de proteínas
Scale Biology Corp., Avant
recombinantes en plantas. A continuación se
Immunotherapeutics Inc., Eli Lilly & Co. y
indican algunas de ellas:
Stauffer Biotech.
Son propietarios de una plataforma tecnológica
para la expresión de proteínas recombinantes en
maíz. Su sistema de producción abarca desde el
SEMBIOSYS GENETICS INC.
Alberta, Canadá
www.sembiosys.ca
aislamiento del gen de interés hasta la purificación
de la proteína producida por este gen.
Es una empresa canadiense cuya actividad se
centra en el desarrollo, comercialización y
Poseen una gran cantidad de productos en
desarrollo:
• Vacunas. Han desarrollado vacunas contra la
hepatitis B y contra la gastroenteritis
bacteriana (gastroenteritis del “viajero”) que
producción de proteínas de interés farmacéutico
y no farmacéutico en plantas mediante la
utilización de herramientas de la ingeniería
genética y su plataforma tecnológica
denominada cuerpo lipídico-oleosina.
se encuentran en fase I de ensayo clínico.
La plataforma cuerpo lipídico-oleosina está
Están desarrollando otras vacunas contra el
dirigida a la producción y purificación de
virus de la gastroenteritis transmisible porcina
proteínas recombinantes en cártamo, que es
y se encuentran colaborando en proyectos
una planta oleaginosa. Esta plataforma permite
para el desarrollo de otras vacunas animales
una purificación eficiente y económica de las
que son confidenciales.
proteínas recombinantes mediante el anclaje de
• Productos terapéuticos humanos. Han
las mismas a los cuerpos lipídicos lo que permite
comercializado una proteína terapéutica que
una recuperación y purificación simultánea,
se utiliza en cirugía para prevenir las pérdidas
junto con una producción a gran escala.
de sangre denominada aprotinina bajo el
nombre de AproliZean™.
• Anticuerpos.
• Productos para usos no clínicos:
Poseen colaboraciones con Dow Agrosciences
y en 2003 firmaron un acuerdo con Syngenta
Participation AG, que le permite a Syngenta
usar su tecnología para la producción de sus
compuestos biológicos.
– TrypZean™ (tripsina). Es una enzima
proteasa que se utiliza como intermediario
Han desarrollado varios productos y sistemas de
en la industria farmacéutica en el proceso de
desarrollo de productos basados en esta
fabricación de determinados productos.
plataforma:
– AproliZean™ (aprotinina). Es un inhibidor de
proteasas que se usa como reactivo en
cultivos celulares.
– Avidina. Es una molécula utilizada como
• Stratosome™ Biologics System y Affinity
Capture System. Esta tecnología permite la
producción y purificación de proteínas
recombinantes dirigiendo las mismas hacia los
reactivo de diagnóstico y posee aplicaciones
cuerpos lipídicos y purificando éstos
en la purificación de proteínas.
posteriormente.
71
• StratoCapture™ Purification System. Sistema
basado en la unión de la proteína A a las
oleosinas que permite la purificación sencilla
de anticuerpos producidos en plantas.
Además pretenden utilizar su plataforma para
optimizar la producción de las siguientes
proteínas:
• Insulina. Se encuentra en fase de
investigación, y creen que podría estar en el
mercado a partir de 2008-2009.
• Apolipoproteína A-I y A-IMIlano para reducir y
estabilizar la formación de placas de ateroma
que se asocian con enfermedades
cardiovasculares. Estos productos se
encuentran en fase de investigación y se
espera que puedan estar en el mercado en
2011.
Poseen una cartera de patentes que les permite
la comercialización en exclusiva de su
plataforma de producción.
CHLOROGEN
Missouri, Estados Unidos
El científico principal y creador de la empresa,
Henry Daniell, patentó por primera vez la
expresión de genes en cloroplastos en 1988.
Desde entonces, ha patentado distintas
tecnologías relacionadas con la transformación
de cloroplastos y secuencias reguladoras de la
expresión de los genes introducidos
exclusivamente en estos orgánulos. Por tanto,
las patentes más antiguas y dominantes en este
campo son de su propiedad.
Sus estrategias de mercado se centran en el
desarrollo de proteínas de interés farmacéutico,
bien mediante la licencia de su tecnología para
co-desarrollar estos productos o bien
proporcionando la tecnología a empresas del
sector farmacéutico para el desarrollo y
fabricación de proteínas de interés sin licenciar
su tecnología. Otra posibilidad que barajan es la
asociación con otras empresas pertenecientes a
mercados distintos del farmacéutico, como el
desarrollo de alimentos o piensos, y productos
industriales, con posibilidad de licenciar su
tecnología de transformación de cloroplastos.
Por último, mencionaremos tres empresas
españolas dedicadas a la agricultura molecular:
www.chlorogen.com
Empresa estadounidense fundada en 2002 que
AGRENVEC
Madrid, España
se dedica a la transformación de cloroplastos
www.agrenvec.es
para el desarrollo de fármacos y otros
productos.
Ha conseguido expresar distintos tipos de
proteínas con interés terapéutico e industrial en
cloroplastos de tabaco, entre los que se
encuentran:
• Medicamentos y vacunas: albúmina sérica
humana para usos terapéuticos y no
terapéuticos, interferón para enfermedades
hepáticas, factor de crecimiento tipo insulina
Nace en 2001 como una spin-off, a partir de la
licencia de una patente del INIA (Instituto
Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y
Alimentaria) y con la participación de la
empresa de capital riesgo NAJETI España. La
iniciativa de Agrenvec ha sido respaldada por el
CDTI (Centro para el Desarrollo Tecnológico
Industrial), del Ministerio de Ciencia y
Tecnología, a través de la concesión de un
proyecto NEOTEC, para la creación de nuevas
empresas de base tecnológica.
(insulin-like growth factor) para tratamiento
de diabetes, y vacunas contra cólera, antrax y
peste.
• Biopolímeros: han expresado en tabaco
proteínas que producen polímeros para usos
Poseen una plataforma tecnológica basada en la
utilización de vectores virales para la utilización
de plantas como biofactorías. Utilizan el vector
viral p35Tunos-vec01 derivado del virus del
mosaico del nabo (virus TuMV).
industriales, como la elastina y el 4HB, que es
un componente de un polímero de cristal
líquido denominado zenita.
Poseen una autorización de APHIS para el
cultivo de tabaco.
72
Las moléculas producidas en plantas biofactoría
de interés para esta empresa son
principalmente enzimas con aplicaciones en los
campos industrial, agrícola, terapéutico y
medioambiental.
PLANTAS BIOFACTORÍA
Ha establecido colaboraciones con centros públicos
de investigación y con empresas privadas de
PLANT BIOPRODUCTS, S.L.
biotecnología, lo que le permite el uso de
Madrid, España
tecnologías complementarias y el desarrollo de
www.plantbioproducts.com
nuevos productos no disponibles en el mercado.
Es una empresa creada en marzo de 2003 a
partir de una idea empresarial de Ignacio
ERA PLANTECH
Moreno Echanove.
Barcelona, España
www.eraplantech.com
En junio de 2004 firmaron un convenio de
colaboración con el departamento de
Es una empresa ubicada en la Bioincubadora del
Biotecnología del Instituto Nacional de
Parque Científico de Barcelona, que produce
Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria
péptidos y proteínas recombinantes de interés
(INIA) que permite la incubación de su proyecto
terapéutico o industrial en plantas.
de I+D en dicho centro. La firma de este
convenio fue auspiciada por la Fundación
Sus principales socios son Advancell —gestión
Genoma España, que además le presta apoyo
y desarrollo de negocio— y BCN Emprèn, que
financiero y oferta de servicios. Posteriormente
es una empresa de capital riesgo.
se han sumado a este proyecto el Instituto
Nacional de Investigaciones Agropecuarias de
Posee una plataforma tecnológica denominada
Argentina (INTA) y un profesor titular de la
ZERA™, que permite la acumulación de
Universidad Pública de Navarra.
proteínas y péptidos en las plantas. Utiliza
dominios de almacenamiento en el retículo
El proyecto consiste en el desarrollo de una
endoplásmico, consiguiendo una acumulación
plataforma tecnológica basada en la
elevada de la proteína recombinante. La
modificación genética de cloroplastos de plantas
plataforma incluye todas las etapas del proceso
superiores para producción de aplicaciones
de obtención de proteínas recombinantes en
comerciales en las que se utilizará el material
plantas, incluyendo la transformación mediante
vegetal en bruto. Algunos ejemplos de estas
Agrobacterium, la purificación y la validación de
aplicaciones son la utilización de celulasas para
las proteínas diana. Ha conseguido producir con
la conversión de biomasa celulásica en
éxito calcitonina en plantas de tabaco.
bioalcohol o la producción de antígenos
vacunales de administración oral.
En la actualidad se encuentra optimizando la
tecnología ZERA™ para asegurar su viabilidad y
competitividad, para lo cual se le ha concedido
un proyecto NEOTEC. Está investigando en
nuevos sistemas de expresión constitutiva,
expresión específica en semillas y la elaboración
de una cartera de productos propios.
Sus científicos fundadores son Dolors Ludevid y
Margarita Torrent, y cuenta con los
En la actualidad se encuentra trabajando en
varios productos con el fin de validar sus logros
tecnológicos, a la vez que desarrolla sus
primeras aplicaciones industriales. Estos
productos son un antígeno que protege frente a
la enfermedad hemorrágica del conejo y un
antígeno inmunocompetente para el control de
la fiebre aftosa bovina.
investigadores Blanca Llompart y Miriam
Bastida. En Biospain 2004 se realizó la
Se encuentra interesada en colaborar con
presentación del nuevo Director General de la
empresas e instituciones que dispongan de
empresa, François Arcand.
productos y/o aplicaciones de su propiedad
compatibles con la expresión genética en
Posee una solicitud de patente para la
cloroplastos y que deseen utilizar una
producción de péptidos y proteínas por
plataforma sencilla de producción para validar
acumulación de las mismas en cuerpos proteicos
sus aplicaciones.
derivados del retículo endoplásmico, mediante la
utilización de dominios de la proteína γ-zeina,
Sus colaboradores científicos son José Ángel
capaz de dirigir y retener la proteína hacia el
Martínez Escribano (investigador del Dpto. de
retículo endoplásmico. (US 20040005660:
Biotecnología del INIA), Daniel Mariano Pérez
Production of peptides and proteins by
Filgueira (investigador asociado del INIA) y Jon
accumulation in plant endoplasmic reticulum-
Veramendi Charola (profesor titular de la
derived protein bodies).
Universidad Pública de Navarra).
73
7. Aspectos socioeconómicos
La utilización de plantas como biofactorías tiene múltiples ventajas sobre otros tipos de sistemas de
producción, pero presenta una serie de factores críticos que deben ser tenidos en cuenta. Entre ellos se
encuentran los riesgos para el medio ambiente y para la salud que puedan producirse como consecuencia
del cultivo de este tipo de plantas al aire libre. Otros derivan de la posibilidad de pasar a la cadena
alimentaria 133.
El abordaje de algunos de estos factores críticos puede llevarse a cabo mediante el desarrollo de estrategias
tecnológicas. En otros casos, será necesario el establecimiento de técnicas de cultivo especiales como el cultivo
con medidas de confinamiento, como invernaderos con barreras contra polen y animales, túneles de plástico e
incluso minas y cuevas. En cualquier caso, la adopción de estas medidas lleva asociada un coste económico.
En 2002 la empresa Prodigene se vio implicada en dos casos de contaminación de cultivos de soja
con maíz modificado genéticamente que se había cultivado anteriormente en esos campos. La
empresa realizó ensayos de campo con un maíz modificado para producir un antígeno para elaborar
una vacuna contra el virus de la gastroenteritis transmisible porcina. Tras la recolección de este maíz
se realizó una nueva siembra, que en este caso fue de soja, pero no se llevó a cabo una limpieza
correcta de dos de los campos, de modo que quedaron restos de maíz transgénico, que creció junto
con la soja contaminando este cultivo. Inspectores del APHIS que realizaban controles de campo,
detectaron la contaminación e indicaron la necesidad de destruir las semillas y plantas dentro de un
radio de 1.320 pies del lugar donde se había realizado el ensayo. En uno de los campos se llevó a
cabo esta destrucción, bajo la supervisión de inspectores del APHIS, pero en el otro se llegó a
recolectar la soja. Esta soja contaminada con el maíz transgénico fue enviada a un elevador de grano,
donde se mezcló con 500.000 celemines de soja procedente de otros campos, por lo que fue
necesario que el USDA destruyese toda la soja que había en el elevador. Como consecuencia de estos
incidentes, la empresa Prodigene fue condenada a pagar una multa de 250.000 dólares y ha debido
reembolsar al USDA el coste que tuvo la adquisición y destrucción de la soja contaminada en los
elevadores de grano 134.
En el incidente que ocurrió con la empresa
todavía no presentaban semillas por lo que la
Prodigene la cantidad de maíz que contaminó el
cantidad de proteína que se encontraba en esos
elevador de grano fue muy pequeña, ya que en el
650 gramos de tejido era realmente muy
campo de cultivo se contabilizaron menos de 10
pequeña, y en 500.000 celemines de soja era una
plantas. Se estima que al elevador de grano debió
cantidad casi inapreciable. Posteriormente la FDA
llegar aproximadamente el equivalente a 650
admitió en una nota de prensa que aunque el
gramos de tejido de maíz, ya que durante la
material procedente del maíz nunca debió haber
recolección de la soja se separan las hojas de las
contaminado la soja, no había existido riesgo para
legumbres, que son las que se llevan al silo, de
la salud humana ya que éste se hubiese derivado
modo que la mayor parte de las plantas de maíz
de una ingesta elevada del producto que podría
se debieron eliminar durante el cosechado.
haber provocado reacciones alérgicas 135.
Además, la proteína transgénica que producían
estas plantas llevaba un promotor específico de
Este incidente ha marcado un hito importante.
semilla, por lo que era en este tejido en el que se
Para algunos grupos demuestra el gran riesgo que
acumulaba. Las plantas de maíz en el momento de
supone el cultivo de plantas como biofactorías de
la recolección no habían alcanzado la madurez y
productos farmacéuticos, frente a otros para los
133
134
135
74
Huot, M. F (2003). Plant Molecular Farming: Issues and Challenges for Canadian Regulators. Option Consommateurs.
www.aphis.usda.gov/brs/compliance9.html
U.S. Food and Drug Administration. FDA Action on Corn Bioengineered to Produce Pharmaceutical Material. November
19, 2002. www.fda.gov/bbs/topics/ANSWERS/2002/ANS01174.html
PLANTAS BIOFACTORÍA
que se demuestra la eficacia de las medidas de
una adaptación de las infraestructuras y desarrollar
control de las autoridades. En cualquier caso,
nuevos procedimientos de cultivo y recolección, que
parece que este incidente se derivó de unas malas
cambiarían el concepto que se tiene actualmente de
prácticas agrícolas, más que de otro tipo de
la agricultura. En el caso de plantas biofactoría, la
factores críticos.
empresa propietaria es dueña no sólo de las
semillas, sino de todo lo que se produzca a partir
El grupo de trabajo de la Biotechnology Industry
de ellas. El cultivo de estas plantas debe realizarse
Organization (BIO en sus siglas en inglés) ha
tal y como la empresa indique.
desarrollado guías de prácticas genéricas de
confinamiento, que contienen una serie de
medidas de control de la exposición
complementarias que incluyen:
Las relaciones que se establecen entre las
empresas propietarias de las plantas y los
agricultores pueden ser de varios tipos. Una
posibilidad es que el agricultor propietario de la
• Aplicación de sistemas de Análisis de Contención
y Puntos de Control Crítico (CACCP en sus siglas
en inglés) para el diseño de prácticas de cultivo
que aseguren un alto grado de seguridad,
adaptados a cada combinación de planta,
plataforma y producto.
tierra realice el cultivo de las plantas transgénicas
siguiendo las normas marcadas por la empresa,
que debe encargarse de su entrenamiento. Otra
opción es que la empresa se encargue de todo el
proceso de cultivo de las plantas mediante la
contratación y entrenamiento de personal y pague
un precio al agricultor por el uso de sus tierras.
• Medidas de confinamiento agronómico. Son
procedimientos estándar de operación
específicos para cada combinación de planta y
plataforma de producción, que se pueden
considerar el equivalente a las Buenas Prácticas
de Fabricación y por analogía se llaman Buenas
Prácticas Agronómicas. Su diseño debe hacerse
Para analizar la rentabilidad de la agricultura
molecular para el agricultor, en el caso de que sea
éste el que se encargue de cultivar las plantas
transgénicas, es necesario tener en cuenta
distintos factores:136
en función de la naturaleza y riesgo del producto
que se desea producir.
• Cantidad de terreno dedicado.
• Viabilidad del sistema de producción.
• Medidas de bioconfinamiento. Son propiedades
de la biofactoría que previenen algunos riesgos
de escape, como la transformación de
cloroplastos, la utilización de promotores
inducibles tras la recolección o la esterilidad
• Inversiones del productor en tiempo y dinero
que requiera el cultivo.
• Responsabilidad del agricultor en caso de
contaminación.
masculina, que se utiliza para evitar el flujo de
polen.
• Seguros.
• Implicación en la distribución.
Estas medidas han sido adoptadas por la gran
mayoría de las empresas pertenecientes a esta
• Pérdida de independencia.
organización dedicadas a la agricultura molecular
• Efectos potenciales de la agricultura molecular
y es probable que se conviertan en estándares
en la salud del agricultor.
industriales y que sean adoptadas por otras
empresas no pertenecientes a esta organización y
por centros de investigación públicos.
• Infraestructura administrativa, científica y
reglamentación.
Como se ha indicado, unas malas prácticas
Aunque existen empresas propietarias de
agrícolas pueden dar lugar a problemas muy
biofactorías que han optado por este tipo de
serios que pueden llegar a hundir a una pequeña
relación con grupos de agricultores especializados,
empresa. Es muy importante aplicar todas las
parece que la tendencia se dirige hacia el alquiler
medidas necesarias para evitar posibles
de las tierras al agricultor y contratación de
contaminaciones. Para ello, es necesario realizar
personal especializado para las labores de cultivo.
136
Huot, M. F. (2003). Plant Molecular Farming: Issues and Challenges for Canadian Regulators. Option Consommateurs.
75
Otro de los factores críticos que se indicaban es el
riesgo de contaminación de la cadena alimentaria.
Esto hace que, a la hora de evaluar la aceptación
de las plantas como biofactorías, sea necesario
tener en cuenta a otros agentes muy importantes
que son aquellos implicados en la producción de
alimentos. La US National Food Processing
Association 137 (NFPA en sus siglas en inglés), ha
• Certificación de las fuentes de la cadena
alimentaria.
• Monitorización y control rigurosos con
programas de auditoría que permitan verificar
que las medidas de contención y confinamiento
son efectivas.
• Mejora de las actividades de inspección.
manifestado su opinión con respecto a la
Sugieren que las inspecciones deben llevarse a
utilización de plantas para producir compuestos de
cabo al menos en las fases críticas de la
interés farmacéutico e industrial. En esta
producción, incluyendo etapas como el cultivo,
asociación, aunque entienden los beneficios de la
polinización y cosechado de las plantas, así
producción de dichos compuestos en plantas,
como en el procesado y eliminación de los
creen que el principal objetivo del gobierno debe
residuos.
ser mantener un suministro de alimentos seguro y
sano. Opinan que la presencia accidental de este
• Establecimiento de un sistema de análisis de
tipo de productos en la cadena alimentaria, debido
peligros y puntos de control crítico semejante al
a los riesgos para la salud que presentan, podría
que se utiliza en la industria alimentaria para
desencadenar nuevas crisis alimentarias como las
realizar un análisis sistemático que permita
que han sucedido en los últimos años
detectar los peligros potenciales y las medidas
(encefalopatía espongiforme bovina, dioxinas en
de prevención relevantes.
pollos, etc). Por este motivo, demandan una
tolerancia cero a la presencia de estos compuestos
Como se ha indicado, algunas de estas medidas
en los alimentos. Para conseguir esto exigen que
como la monitorización, la redundancia en los
se asegure una protección contra la contaminación
sistemas de confinamiento, la segregación
del 100%, mediante el empleo de plantas no
geográfica de cosechas en el caso del maíz y la
comestibles para la expresión de proteínas
aplicación de sistemas de Análisis de Contención y
recombinantes. Sólo en el caso de que esto no
Puntos de Control Crítico, están siendo llevadas a
fuese posible aceptarían la utilización de especies
cabo por las empresas pertenecientes a la
comestibles, pero con unas medidas de control
Biotechnology Industry Organization 139.
muy estrictas entre las que incluyen138:
Por último, es necesario tener en cuenta cuál es la
• Sistemas de contención redundantes en función
opinión de los consumidores sobre este tipo de
del riesgo, que deben incluir tanto el riesgo
plantas. La percepción social de los OMGs es muy
debido a la especificidad biológica de la planta
diferente en función de cuál sea su uso. Según el
(exposición) como el riesgo debido a la proteína
Comité Asesor de Ética en la Investigación
que se está produciendo.
Científica y Técnica de la Fundación Española para
• Segregación geográfica de cultivos.
la Ciencia y la Tecnología (FECYT), en el caso de
las plantas modificadas genéticamente para la
• Fenotipos diferenciales que permitan distinguir a
producción de alimentos existe una percepción
simple vista las biofactorías de la planta no
negativa y un cierto rechazo que en algunos casos
transformada.
se deben a cierta subjetividad, desinformación e
• Desarrollo de normativas de obligado
cumplimiento en lugar de guías de
recomendaciones.
• Seguros de responsabilidades.
137
138
139
76
incluso manipulación. En este tipo de plantas las
modificaciones genéticas realizadas le
proporcionan a la planta ventajas para el
desarrollo y supervivencia de los cultivos, como
tolerancia a herbicidas o resistencia frente a
Asociación estadounidense representante de una gran parte de la industria de transformación de alimentos en temas de
política científica y pública, relacionados con la seguridad alimentaria, la nutrición y otros aspectos relacionados con el
consumidor.
www.nfpa-food.org/content/regulatory/comments_view.asp?id=43
Arcand, F.; Arnison, P. (2004). Development of Novel Protein-Production Systems and Economic Opportunities &
Regulatory Challenges for Canada. www.plantpharma.org/documents/NPPS_040412.pdf.
PLANTAS BIOFACTORÍA
plagas, que los consumidores no consideran como
un beneficio directo. En muchos casos,
únicamente perciben los riesgos medioambientales
y sanitarios, debidos a la posibilidad de que se
produzcan alergias u otras reacciones adversas
por el consumo de estos organismos. También
creen que sólo se benefician las grandes
compañías propietarias de las semillas. Sin
embargo, en el caso de los OMGs para uso
farmacéutico no existe esta percepción negativa y
el consumidor considera que hay beneficios
directos y se posiciona favorablemente frente a
este tipo de productos140.
En el caso de la utilización de plantas como
biofactorías para producir compuestos de interés
farmacéutico es difícil saber en qué sentido se
decantará la opinión pública. Por una parte, cabría
esperar la aceptación de los productos finales y
por otra, es posible que la liberación al medio
ambiente de este tipo de plantas genere cierto
rechazo debido a los efectos que podrían tener
sobre el medio ambiente y al riesgo que existe de
pasar a la cadena alimentaria.
140
Comité Asesor de Ética en la Investigación Científica y Técnica (2004) Informe sobre OMGs en la agricultura y la
alimentación. Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología.
77
8. Ejemplos de grupos
de investigación españoles
CASO PRÁCTICO 1
Nombre de la institución o empresa: Universidad Pública de Navarra, Dpto. Producción Agraria,
Área de Producción Vegetal.
Dirección web: www.unavarra.es/produccionagraria
GRUPO DE INVESTIGACIÓN: Agrobiotecnología Vegetal.
Personal:
1 Catedrático, 1 Titular, 1
Ayudante, 1 Asociado y 5
Becarios
Colaboración externa:
1 Ayudante
1 Técnico
Investigador principal: Ángel Mingo Castel
Área de experiencia:
Común a todo el personal:
Transformación genética nuclear y plastidial
Biotecnología vegetal
Formación:
2 Biólogos
7 Ingenieros
Agrónomos
Inmunología
Agronomía
Biólogo
Ingeniero Agrónomo
PRINCIPALES LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN DEL GRUPO
– Producción de proteínas de interés farmacéutico mediante transformación plastidial en tabaco.
– Producción de vacunas en plantas mediante transformación cloroplástica en tabaco.
– Transformación plastidial de maíz.
PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN FINANCIADOS Y COSTE
Proyecto de investigación:
– Producción de antígenos vacunales en plantas mediante transformación
cloroplástica (2003-05).
– Producción de cardiotrofina-1 en plantas de tabaco mediante
transformación plastidial (2004-05).
– Producción de albúmina humana, factor insulínico (IGF-I) e interferón
(IFN alfa 2b) en plantas transplastómicas de tabaco (2005-2006).
Organismo
Coste
CICYT
69.920 €
Gobierno de Navarra
29.345 €
Gobierno de Navarra
50.000 €
OFERTA DE SERVICIOS A EMPRESAS
Transformación plastidial de plantas en las que el “riesgo ambiental” es despreciable y los rendimientos obtenidos son “record”.
BARRERAS Y LIMITACIONES EN LA INVESTIGACIÓN
– Falta de “masa crítica mínima necesaria” en investigadores postdoctorales para competir a nivel internacional y que permita
suplir áreas de conocimiento colaterales deficitarias, pero necesarias para entrar en la fase de “desarrollo del producto”, tales
como la de ingeniería químico-farmacéutica.
– Falta de financiación suficiente.
– Dificultad en la transformación plastidial de especies distintas del tabaco.
– Vacunación con plantas por vía oral: baja inducción de respuesta inmune con respecto a la vía parenteral.
DIFICULTADES PARA EL DESARROLLO E IMPLANTACIÓN DE LA AGRICULTURA MOLECULAR
– No existe legislación europea específica para la producción de biofármacos en plantas. Un aspecto clave es si se va a permitir el
empleo de platas comestibles o sólo plantas que no entran en la cadena alimentaria. Este aspecto supedita la investigación
desde su inicio. Esta legislación es demasiado restrictiva y no está justificada por datos científicos, lo que constituye una pesada
e innecesaria carga para el progreso.
– Bajos niveles de expresión de la proteína recombinante.
– Alto coste de los sistemas de purificación.
HITOS Y PLAZOS EN LA IMPLANTACIÓN DE LA AGRICULTURA MOLECULAR
Si se eliminan las barreras legislativas actuales:
– Primeras explotaciones comerciales: 3 años.
– Primeros fármacos en el mercado:
5 años.
78
PLANTAS BIOFACTORÍA
CASO PRÁCTICO 2
Nombre de la institución o empresa: Instituto de Agrobiotecnología y Recursos Naturales.
Universidad Pública de Navarra.
Dirección web: www.unavarra.es/invest/biotec.htm
GRUPO DE INVESTIGACIÓN: Metabolismo.
Personal:
1 Investigador Científico
2 “Ramón y Cajal” y 2 pre-docs
Investigador principal: Javier Pozueta Romero*
Área de experiencia:
Ingeniería metabólica (biología molecular, bioquímica y
metabolismo), en plantas y bacterias: metabolismo glucídico.
Formación:
Biólogos
PRINCIPALES LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN DEL GRUPO
Metabolismo del almidón y glucógeno en plantas y bacterias, respectivamente.
PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN FINANCIADOS Y COSTE
Proyecto de investigación:
Nudix hidrolasas: nuevas herramientas moleculares para el
control de los niveles intracelulares de azúcares-nucleótidos
y del metabolismo glucídico en plantas transgénicas.
Organismo
Comisión Interministerial de Ciencia y
Tecnología (CICYT).
Empresas privadas (farmacéuticas y
agroalimentarias).
Coste
140.000 euros
(2005-2007)
40.000 euros/año
PATENTES O SOLICITUDES DE PATENTES
Número
PCT/ES01/00021
PCT/ES02/00174
PCT/JP03/03189
PCT/ES03/00363
ES200400257
Título
Plant ADPglucose pyrophosphatase, method for the production thereof, its use in the production
of assay devices and for obtaining transgenic plants.
Bacterial ADPglucose pyrophosphatase, method of production, use in the manufacture of testing
devices and in the production of transgenic plants and bacteria.
Production of UDPglucose pyrophosphatase.
Azúcar-nucleótido pirofosfatasa/fosfodiesterasa vegetal, procedimiento de obtención, uso en la
fabricación de dispositivos de ensayo y en la obtención de plantas transgénicas.
Procedimiento de producción de sacarosa sintasa recombinante a partir de Escherichia coli y su uso
en la fabricación de kits de determinación de sacarosa, producción de azúcares-nucleótidos y
obtención de plantas transgénicas con alto contenido en almidón y alto balance amilosa/amilopectina.
Año
2000
2001
2001
2004
OFERTA DE SERVICIOS A EMPRESAS
Nuestro equipo no presta servicios a empresas. Sin embargo, hemos firmado 2 contratos de colaboración con sendas empresas cuyo
objeto es identificar y expresar genes que codifican para enzimas reguladoras del metabolismo glucídico en plantas y en mamíferos.
LÍNEAS FUTURAS DE INTERÉS
– Aunque no se trata de una línea de investigación, creemos que la metabolómica es una herramienta futura cuya utilización
englobará a un prometedor y amplio conjunto de líneas de investigación.
– La creación de nanobiosensores y dispositivos dependientes de reacciones enzimáticas para la medida de metabolitos resulta atractiva y
muy vinculada al tipo de investigación llevada a cabo en nuestro laboratorio. En colaboración con un equipo de ingenieros de la Universidad
Pública de Navarra, acabamos de solicitar un proyecto de investigación correspondiente a la Acción Estratégica de Nanociencia y
Nanotecnología en el marco del Plan Nacional de Investigación Científica, Desarrollo e Innovación Tecnológica (2004-2007).
– Obtención de plantas transgénicas productoras de almidones con cantidades y calidades alteradas. Nos gustaría desarrollar en
múltiples especies la tecnología ya disponible en nuestro laboratorio. Garantizando la productividad actual, tal tecnología
permitiría reducir la superficie de cultivo del planeta a una superficie equivalente a la península Ibérica.
BARRERAS Y LIMITACIONES EN LA INVESTIGACIÓN
– Ausencia de planes estratégicos sólidos y definidos en centros tecnológicos que orienten sus investigaciones hacia problemas concretos.
Esto dificulta la creación de grupos y líneas de investigación cohesionados, con capacidad de generar alianzas y actividades
complementarias, debidamente apoyados por personal técnico y con especializaciones definidas.
– Dificultad en transmisión del conocimiento a la sociedad. Los centros tecnológicos no están debidamente dotados de personal adecuado
para esta actividad. Ello limita en gran medida la interacción entre los centros tecnológicos.
– Ausencia de estímulos para la figura del “investigador emprendedor”. La mayor parte de los investigadores españoles llevan a cabo su
investigación dentro del ámbito de lo público. La legislación actual impide en gran medida que el investigador “público” pueda
desarrollar sus ideas e invenciones en el ámbito privado. Por tanto, investigadores pertenecientes a los Centros Tecnológicos Públicos
(acaparadores de una gran cantidad del conocimiento) se ven impedidos para generar más investigación fuera del ámbito público.
Finalmente la investigación llevada a cabo en España está delimitada por la inversión del estado.
DIFICULTADES PARA EL DESARROLLO E IMPLANTACIÓN DE LA AGRICULTURA MOLECULAR
Rechazo social a “lo molecular”, “lo manipulable” y “lo intangible”. Es preciso educar, informar y hacer ver la necesidad de la implantación
de la agricultura molecular. Los programas de enseñanza y los medios de comunicación serán fundamentales.
HITOS Y PLAZOS EN LA IMPLANTACIÓN DE LA AGRICULTURA MOLECULAR
– Comunicación y educación:
– Legislación:
– Primeras explotaciones comerciales:
5 años.
10 años.
15 años.
* Este grupo de investigación colabora con PLANT BIOPRODUCTS, S.L.
79
CASO PRÁCTICO 3
Nombre de la institución o empresa: Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria
y Alimentaria (INIA), Dpto. Biotecnología.
Dirección web: www.inia.es
GRUPO DE INVESTIGACIÓN: Grupo de Vacunas.
Personal:
1 Investigador A2
3 Posdoctorales
1 Predoctoral
1 Técnico de laboratorio
Investigador principal: José Ángel Martínez Escribano
Área de experiencia:
Virología
Biofactorías
Diagnóstico
Vacunas
Formación:
Biólogos
Veterinarios
Otros
PRINCIPALES LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN DEL GRUPO
Vacunas de nueva generación.
Interacción virus-célula y Biofactorías.
PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN FINANCIADOS Y COSTE
Proyecto de investigación:
– Producción de reactivos para el control y profilaxis del síndrome
respiratorio y reproductivo del ganado porcino (PRRS) en un
sistema libre de cultivos celulares. Años 2003-2004.
– Desarrollos biotecnológicos para la utilización rentable de
plantas como biofactorías. Años 2004-2008.
– Desarrollo de vacunas recombinantes mejoradas.
Años 2002-2004.
– Caracterización de los mecanismos inmunológicos relevantes
en protección frente al virus de la Peste porcina africana:
desarrollo de nuevas estrategias vacunales. Años 2004-2007.
– Development of African swine fever virus vaccines.
Referencia: 75813. Años 2005-2009.
Organismo
Coste
Proyecto PETRI
95-0624-OP.
115.000 €
Proyecto del plan estratégico
del INIA CPE03-022-C5.
160.000 €
Proyecto Sectorial de Recursos y
Tecnologías Agrarias RTA01-057
125.000 €
Proyecto CICYT. AGL 2004 07857-C03-02/GAN.
130.000 €
Wellcome Trust Foundation.
309.000 €
PATENTES O SOLICITUDES DE PATENTES
Número
200302845
200302958
200302634
Título
Sistema para producir péptidos y proteínas multiméricos y sus aplicaciones.
Proteína de fusión con direccionamiento de antígenos vacunales a células presentadoras
de antígeno y sus aplicaciones.
Dispositivo para cría de larvas.
Año
2003
2003
2003
TENDENCIAS EN LA INVESTIGACIÓN EN AGRICULTURA MOLECULAR
– Producción de vacunas.
– Producción de moléculas terapéuticas.
– Producción de enzimas industriales.
OFERTA DE SERVICIOS A EMPRESAS
–
–
–
–
Moléculas de fusión que mejoran eficacia inmunológica.
Estrategias para acumular establemente proteínas expresadas en plantas.
Transformación nuclear y cloroplástica.
Vector derivado del virus del mosaico del tabaco como sistema de expresión transitoria en plantas.
LÍNEAS FUTURAS DE INTERÉS
– Desarrollo de tecnología de transformación cloroplástica propia para producción de vacunas y enzimas industriales.
BARRERAS Y LIMITACIONES EN LA INVESTIGACIÓN
– Personal.
– Instalaciones adecuadas fundamentalmente para el escalado semiproductivo.
– Falta de interés por parte de empresas farmacéuticas e industriales de diverso tipo para la financiación de proyectos de desarrollo con
esta tecnología.
DIFICULTADES PARA EL DESARROLLO E IMPLANTACIÓN DE LA AGRICULTURA MOLECULAR
– Percepción social negativa con repercusión en la legislación.
– Inmovilismo dentro del sector agrícola para cambiar procesos productivos.
HITOS Y PLAZOS EN LA IMPLANTACIÓN DE LA AGRICULTURA MOLECULAR
– Legislación:
– Primeras explotaciones comerciales:
– Primeros fármacos o productos industriales en el mercado:
80
5 años
7 años
10 años
PLANTAS BIOFACTORÍA
CASO PRÁCTICO 4
Nombre de la institución o empresa: AGRENVEC S.L.
Dirección web: www.agrenvec.es
Investigador principal: Alicia Romero Lorca
Personal:
2 Doctores
2 Ingenieros
2 Técnicos Laboratorio
Área de experiencia:
Biotecnología vegetal
Virología vegetal
Agronomía
Formación:
Biólogos
Ingenieros Agrónomos
PRINCIPALES LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN DEL GRUPO
Expresión de proteínas recombinantes en plantas mediante vectores virales.
PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN FINANCIADOS Y COSTE
Proyecto de investigación:
– Generación de un nuevo vector viral basado en MVCV.
– Utilización de plantas como biofactorías para la producción de enzimas industriales.
Organismo
IMADE
MIN-PROFIT
Coste
26.188 €
53.156 €
PATENTES O SOLICITUDES DE PATENTES
Número
ES2125842
Título
Clones y vectores infectivos de plantas derivados del Virus del Mosaico del Nabo (TuMV)
(explotación de la licencia INIA).
Año
1997
TENDENCIAS EN LA INVESTIGACIÓN EN AGRICULTURA MOLECULAR
– Incremento en el rendimiento: aumento del nivel de expresión y de la estabilidad de la proteína recombinante.
– Generación de nuevos vectores virales.
– Duplicación de las características de bioseguridad de la tecnología.
OFERTA DE SERVICIOS A EMPRESAS
– Expresión de proteínas recombinantes en plantas, de manera muy rápida y económica, sin limitación en la cantidad de producto.
– Realización de proyectos de I+D cooperativa bajo contrato.
LÍNEAS FUTURAS DE INTERÉS
– Expresión de proteínas terapéuticas y anticuerpos.
– Biorremediación.
BARRERAS Y LIMITACIONES EN LA INVESTIGACIÓN
– Infracapitalización: falta de acceso a financiación. Capital riesgo poco desarrollado y business angels poco familiarizados con el sector y
con la tecnología. Falta de adecuación de las convocatorias de ayudas públicas a las características y posibilidades de las empresas de
base tecnológica. Demasiada orientación hacia empresas de estructura “tradicional”. Burocratización excesiva de los procedimientos
administrativos en la gestión de ayudas.
– El procedimiento administrativo en la obtención de permisos para trabajar con organismos recombinantes puede generar retrasos de
años en los planes de I+D, imposibles de soportar por empresas de reciente creación, ya lastradas con los problemas añadidos en el
punto anterior. De nada sirve financiar parcialmente proyectos de I+D si no se pueden ejecutar por la falta de permisos.
– Falta de adaptación de las condiciones marcadas en los permisos a los ciclos de cultivo de las distintas especies vegetales.
– Falta de coordinación entre los distintos programas e iniciativas nacionales y regionales.
– Falta de instalaciones de apoyo (Parques científicos, clusters, etc).
– Atomización del sector.
DIFICULTADES PARA EL DESARROLLO E IMPLANTACIÓN DE LA AGRICULTURA MOLECULAR
– Legislación restrictiva y procedimientos esclerotizados, tanto en la evaluación previa del riesgo como en los protocolos de control y
seguimiento. Alto riesgo de deslocalización hacia países que apuestan decididamente por la biotecnología y con costes menores.
– Falta de interés REAL de las Administraciones y del sector Agrario por reconvertir una parte de la agricultura convencional, dependiente
de ayudas europeas, hacia una agricultura dirigida a la obtención de moléculas de alto valor añadido para los mercados farmacéutico,
químico, industrial, etc.
– Desconocimiento tecnológico por parte de los agentes que participarían en ese proceso de implantación: cooperativas, agricultores,
Administraciones, Industria, etc.
HITOS Y PLAZOS EN LA IMPLANTACIÓN DE LA AGRICULTURA MOLECULAR
– Legislación:
– Primeras explotaciones comerciales:
– Primeros fármacos en el mercado:
3 años
1 año
5 años
81
CASO PRÁCTICO 5
Nombre de la institución o empresa: PLANT BIOPRODUCTS, S.L.
Dirección web: www.plantbioproducts.com
Investigador principal: Ignacio Moreno Echanove
Personal:
1 investigador
Área de experiencia:
Transformación genética
Biotecnología vegetal
Virología
Formación:
Biólogos
Ingenieros Agrónomos
PRINCIPALES LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN DEL GRUPO
Desarrollo de sistemas de expresión mediante transformación genética de cloroplastos. Extracción y ensayo de enzimas y
antígenos vacunales expresados en cloroplastos de tabaco.
PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN FINANCIADOS Y COSTE
Proyecto de investigación
– Expresión de enzimas en cloroplastos de tabaco.
Organismo
Genoma España
Coste
110.000 €
TENDENCIAS EN LA INVESTIGACIÓN EN AGRICULTURA MOLECULAR
– Utilización de extractos de producción agraria en bruto con fines industriales.
– Utilización de extractos de producción agraria en bruto para sanidad animal.
OFERTA DE SERVICIOS A EMPRESAS
– Extractos de plantas enriquecidos en actividades enzimáticas de interés industrial.
– Servicio de expresión genética en cloroplastos utilizando nuestros vectores de transformación.
LÍNEAS FUTURAS DE INTERÉS
– Obtención de otras enzimas de interés industrial.
– Producción de vacunas y otros productos para sanidad humana.
BARRERAS Y LIMITACIONES EN LA INVESTIGACIÓN
– Falta de financiación, especialmente para la contratación de personal cualificado para I+D y suficientemente motivado económicamente.
– Costes y tiempo necesario para registrar productos, autorizaciones para cultivo y comercialización de productos derivados de OMGs.
DIFICULTADES PARA EL DESARROLLO E IMPLANTACIÓN DE LA AGRICULTURA MOLECULAR
– Desarrollo de sistemas industriales de producción vegetal en condiciones de confinamiento (ingeniería): necesidades financieras para la
construcción de plantas piloto para cultivo continuo en condiciones de confinamiento.
– Novedad de la Legislación e inseguridad en la forma de aplicación de ésta.
HITOS Y PLAZOS EN LA IMPLANTACIÓN DE LA AGRICULTURA MOLECULAR
– Desarrollo de producción industrial (escala piloto):
2-3 años
– Desarrollo de producción industrial (escala comercial): 3-5 años
82
PLANTAS BIOFACTORÍA
CASO PRÁCTICO 6
Nombre de la institución o empresa: Instituto Vasco de Investigación y Desarrollo Agrario-Neiker.
Dirección web: www.neiker.net
Área: Transformación Genética del Dpto. Biotecnología.
Personal:
1 Jefe de Departamento
3 Investigadores Doctores
4 Becarios pre-doctorales
Investigador principal: Enrique Ritter Azpitarte
Área de experiencia:
Biotecnología vegetal Transformación genética
Biología Molecular
Genómica Funcional
Microbiología
Formación:
Biólogos
Bioquímicos
Ingenieros agrónomos
PRINCIPALES LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN DEL GRUPO
–
–
–
–
Producción de proteínas con actividad farmacológica en sistemas vegetales y bacterianos.
Producción de enzimas industriales de interés agronómico en sistemas heterólogos.
Aislamiento de nuevos genes de resistencia frente a estrés biótico y abiótico.
Estudio de las MLPs de diferentes plantas lactíferas y desarrollo de un sistema de producción de proteínas heterólogas basado en
estos genes.
– Desarrollo de herramientas genómicas y post-genómicas en hongos patógenos, análisis del transcriptoma mediante microarrays,
biofilms fúngicos, proteomics en hongos patógenos, dimorfismo en hongos patógenos, expresión heteróloga en levaduras de
interés industrial, mecanismos de resistencia al cobre en Yarrowia lipolytica.
PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN FINANCIADOS Y COSTE
Proyecto de investigación
– Identificación y Producción de proteínas de interés farmacéutico o agroalimentario,
utilizando técnicas recombinantes. 2005-2007.
– Desarrollo de prototipos de “biofactorias” para “molecular farming” basado en plantas
lactíferas y análisis de su potencial como nuevas fuentes de péptidos antimicrobianos.
2005-2007.
– Nuevas tecnologías para la elaboración de medicamentos de última generación y
compuestos biotecnológicos. CIC-BIOGUNE 2003-2004.
– Producción de enzimas para aplicaciones en el sector agroalimentario mediante técnicas
recombinantes. CIC-BIOGUNE 2003-2004.
– Resistant wild potatoes as source for novel genes mediating resistance against fungal,
viral and nematode diseases. INCO-Project PL ICA4-1999-30052. 2000-2003.
– Novel approaches for the control of fungal disease. QLK2-2000-2003.
– Molecular analysis of biofilm formation in the human pathogenic fungi Candida albicans
and Candida glabrata. IP-DCPTR50. 2001-2004.
– Negative regulation of hyphal development in Candida albicans. 1999-2001.
– New targets for antifungal therapy- molecular biology of dimorphism in the human
pathogen Candida albicans. BIOMED N. BMH4-CT96-0310. 1996-1999.
Organismo
Departamento Industria
del Gobierno Vasco.
Coste
427.182 €
Departamento Industria
del Gobierno Vasco.
509.450 €
Comisión Europea
150.000 €
Comisión Europea
40.000 €
Instituto Pasteur (París)
219.195 €
Wellcome Trust
1.000.000 €
Unión Europea
100.000 €
Unión Europea
Departamento de
Agricultura y Pesca del
Gobierno Vasco.
—
—
PATENTES O SOLICITUDES DE PATENTES
Número
ES 2094 088
P9701346
P9900731
WO 00/61767
SD-07
Título
Identificación, clonación y utilización de una región de DNA amplificada en cepas de Penicillium
chrysogenum superproductoras de penicilina.
Un procedimiento para incrementar la producción de penicilina en Penicillium chrysogenum mediante
la inactivación del gen Lys2”.
Una proteasa extracelular de Acremonium chrysogenum con actividad CPC-acetilhidrolasa y su utilización
para la síntesis de derivados desacetilados de cefalosporina C e inactivación del gen para aumentar
la producción de cefalosporina.
Extracellular protease from Acremonium chrysogenum with CPC-acetyl hydrolase activity and its
utilization in the synthesis of deacetylated derivatives of cephalosporin C and inactivation
of the gene for increasing production of cephalosporin.
Génes impliqués dans la formation de biofilms par la levure pathogène Candida albicans.
Año
1994
1997
1999
2000
2003
TENDENCIAS EN LA INVESTIGACIÓN EN AGRICULTURA MOLECULAR
– Desarrollo de sistemas de transformación de plantas para la producción de proteínas y sustancias de interés farmacológico o
agroalimentario.
– Cribado de genotecas de origen vegetal mediante Phage display para la obtención de péptidos antimicrobianos: Nuevas
aproximaciones para el control de las enfermedades fúngicas humanas.
OFERTA DE SERVICIOS A EMPRESAS
Detección de transgenes en alimentos comercializados.
(Continúa en página siguiente)
83
CASO PRÁCTICO 6 (continuación)
LÍNEAS FUTURAS DE INTERÉS
– Utilización de plantas como “biofactorías” para la producción de diferentes sustancias de interés, principalmente proteínas y péptidos de
interés alimenticio y/o farmacológico.
– Establecimiento de cultivos in vitro de plantas lactíferas y sistemas de transformación específicos.
– Exploración y explotación de genomas vegetales mediante aproximaciones “genome-wide” para búsqueda de proteínas antibióticas y
nuevos productos de interés farmacológico.
BARRERAS Y LIMITACIONES EN LA INVESTIGACIÓN
– Falta de financiación.
– Voluntad política negativa ante el cultivo de plantas transgénicas en el campo.
– Limitación de ensayos en sistemas confinados.
– Falta de tradición en el empleo de la biología molecular como herramienta para investigaciones agronómicas.
DIFICULTADES PARA EL DESARROLLO E IMPLANTACIÓN DE LA AGRICULTURA MOLECULAR
– Ausencia de legislación que regule el cultivo de transgénicos. Aparición y desaparición de moratorias no válidas ante la ausencia
de legislación.
– Percepción negativa de la manipulación molecular entre los propios agentes encargados de su implantación.
– Falta de información o información sesgada hacia la opinión pública.
– Percepción negativa por parte de los agricultores ante el cultivo de transgénicos.
– Percepción negativa por parte de los consumidores ante los alimentos transgénicos.
HITOS Y PLAZOS EN LA IMPLANTACIÓN DE LA AGRICULTURA MOLECULAR
– Decreto Ley que regule la convivencia entre alimentos transgénicos y no transgénicos:
– Legislación que regule el cultivo de plantas transgénicas:
– Primeras explotaciones comerciales de plantas transgénicas productoras de proteínas de interés para uso humano:
– Primeros productos purificados para uso humano en el mercado:
84
1 año
3 años
10 años
15 años
PLANTAS BIOFACTORÍA
CASO PRÁCTICO 7
Nombre de la institución o empresa: Centro Nacional de Biotecnología (CNB) – CSIC,
Dpto. Genética Molecular de Plantas.
Dirección web: www.cnb.uam.es
Investigador principal: Juan Antonio García Álvarez
Personal:
1 Profesor de Investigación CSIC
1 Contratada Ramón y Cajal
3 Investigadores post-doctorales
4 becarios pre-doctorales
1 Ayudante titulada CSIC
Área de experiencia:
Biotecnología vegetal
Virología
Formación:
Biólogos
Bioquímicos
Ingenieros Agrónomos
PRINCIPALES LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN DEL GRUPO
–
–
–
–
Silenciamiento de RNA y otros mecanismos de defensa de las plantas frente a virus.
Mecanismo de infección de virus de plantas.
Determinantes de patogenicidad virales.
Vectores de expresión en plantas basados en virus.
PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN FINANCIADOS Y COSTE
Proyecto de investigación
– El virus de la sharka como agente patógeno y como vector de expresión:
factores implicados en su interacción con las plantas.
– Virus-induced gene silencing: unravelling the basis of a mechanism and its
exploitation for the analysis of a multitude of individual gene functions in plants.
– Targeting immunostimulating-structure production in plants.
– Development of intervention strategies against SARS in a European-Chinese
taskforce.
Organismo
Coste
Plan Nacional de I+D+I
260.100 €
Unión Europea
285.305 €
Unión Europea
243.549 €
Unión Europea
260.052 €
PATENTES O SOLICITUDES DE PATENTES
Número
P9800623
P9900698
PCT/EP 01/10026
Título
Sistema de presentación de antígenos basado en el virus de la sharka.
DNA recombinante derivado del virus de la sharka y vector de expresión de proteínas heterólogas
basado en dicho DNA recombinante.
Producción del antígeno VP60, o de un fragmento del mismo, del virus de la enfermedad
hemorrágica de los conejos en plantas y vacuna contra la enfermedad hemorrágica vírica
de los conejos que comprende dicho antígeno.
Año
1998
1999
2001
TENDENCIAS EN LA INVESTIGACIÓN EN AGRICULTURA MOLECULAR
– Mejoras agronómicas de las plantas.
– Mejora de la calidad de los productos de las plantas.
– Las plantas como biofactorías de nuevos productos.
OFERTA DE SERVICIOS A EMPRESAS
– Desarrollo de vectores de expresión en plantas.
– Desarrollo de estrategias para interferir con enfermedades virales de plantas.
BARRERAS Y LIMITACIONES EN LA INVESTIGACIÓN
– Falta de estabilidad en las fuentes de financiación.
– Falta de plazas estables para el personal científico.
DIFICULTADES PARA EL DESARROLLO E IMPLANTACIÓN DE LA AGRICULTURA MOLECULAR
Aceptación social.
85
CASO PRÁCTICO 8
Nombre de la institución o empresa: Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria
y Alimentaria (INIA), Dpto. Biotecnología.
Dirección web: www.inia.es
Grupo: Biotecnología de Virus Vegetales.
Personal:
2 investigadores, 1 técnico grado medio
2 investigadores postdoctorales
1 becario predoctoral
(sólo 1,5 personas dedicadas a Agricultura Molecular)
Investigador principal: Fernando Ponz Ascaso
Área de experiencia:
Biotecnología de virus vegetales
Formación:
2 químicos
3 biólogos
1 ing. técnico agrícola
PRINCIPALES LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN DEL GRUPO
Plantas como biofactorías empleando vectores virales.
PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN FINANCIADOS Y COSTE
Proyecto de investigación
Desarrollos biotecnológicos para la utilización rentable de
plantas como biofactorías (CPE03-022-C5-5).
Organismo
Coste
INIA
74.100 €
PATENTES O SOLICITUDES DE PATENTES
Número
9701522
Título
Clones y vectores infectivos de plantas derivados del virus del mosaico del nabo.
Año
—
TENDENCIAS EN LA INVESTIGACIÓN EN AGRICULTURA MOLECULAR
– Mejoras de la capacidad de expresión de proteínas foráneas en plantas empleando los vectores derivados del virus del mosaico del nabo.
– Expresión de proteínas de distintos orígenes con utilidades diversas.
OFERTA DE SERVICIOS A EMPRESAS
Los vectores están licenciados por el INIA a la empresa AGRENVEC.
BARRERAS Y LIMITACIONES EN LA INVESTIGACIÓN
La principal barrera que nosotros experimentamos en esta área es la falta de financiación específica. Al tratarse de proyectos
fundamentalmente de desarrollo tecnológico, al no haber fuentes específicas de financiación para ellos, profundizar en ellos con las
fuentes normales de financiación del Plan Nacional nos obligaría a renunciar (problema de los EJCs) a trabajar en los proyectos de
investigación de naturaleza más básica, cosa que no deseamos hacer. La sensación en el grupo es que, pese a que éste es un caso
claro de un desarrollo tecnológico derivado de un esfuerzo de investigación básica, no está previsto en un grupo de un OPI público
como el nuestro que se pueda continuar en la profundización de la D, si no es renunciando a hacer más I, lo cual encontramos
bastante paradójico, puesto que no podríamos haber hecho esta D concreta si no hubiéramos estado muy implicados en la I.
DIFICULTADES PARA EL DESARROLLO E IMPLANTACIÓN DE LA AGRICULTURA MOLECULAR
En el ámbito de los grupos de investigación, lo expresado en el cuadro anterior. En el campo de las aplicaciones prácticas, el
principal obstáculo es la deficiente estructura empresarial del sector de la producción agraria (fragmentación y pequeño tamaño de
las empresas, falta de capitalización, ausencia de mentalidad innovadora, etc.). La producción agraria española está diseñada de
una manera no sostenible, muy subvencionada y sin un buen entorno de implementación de nuevas ideas tecnológicas. En
resumen, el ambiente productor es muy adecuado para la agricultura molecular.
HITOS Y PLAZOS EN LA IMPLANTACIÓN DE LA AGRICULTURA MOLECULAR
Sin un cambio casi drástico de escenario empresarial agrario, lo más probable es que la implantación no se produzca. Si se
produjese (muy improbable) un cambio efectivo de actitud por parte de los poderes públicos de tal forma que se pudiera crear un
entorno favorable a la inversión en agricultura molecular, quizá se podrían apreciar mejoras en unos 3-5 años. La legislación y
otras cuestiones relacionadas pueden mejorar, pero no son en estos momentos el principal obstáculo. La estructura empresarial de
la producción agraria española es poco compatible con el desarrollo biotecnológico propio. Cultivar plantas transgénicas de
compañías multinacionales no exige demasiado cambio en las estructuras productivas, pero implementar desarrollos propios es
otra historia.
86
PLANTAS BIOFACTORÍA
CASO PRÁCTICO 9
Nombre de la institución o empresa: Instituto de Biología Molecular de Barcelona (IBMB)-CSIC,
Dpto. de Genética Molecular.
Dirección web: www.ibmb.csic.es
Grupo: Transporte subcelular de proteínas vegetales.
Personal:
2 investigadores
4 becarios pre-post
Investigador principal: Dolores Ludevid Múgica
Área de experiencia:
Transformación genética
Biotecnología vegetal
Biología celular vegetal
Expresión proteínas heterólogas en plantas
Formación:
Bioquímicos
Biólogos
Ingenieros agrónomos
PRINCIPALES LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN DEL GRUPO
Señales de transporte subcelular de proteínas vegetales. Expresión de proteínas terapéuticas en plantas. Biología celular vegetal.
Proteómica.
PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN FINANCIADOS Y COSTE
Proyecto de investigación
Molecular Farming: Producción de proteínas de interés terapéutico en
plantas (BIO-2004-03202).
Producción de proteínas de interés terapéutico en plantas de arroz y tabaco.
Organismo
Coste
CYCIT(2004-7)
158.000 €
Empresa ERA PLANTECH S.L (2004-6)
71.000 €
PATENTES O SOLICITUDES DE PATENTES
Número
WO2004 003207
US2004 005660
WO97 28247
Título
Production of peptides and proteins by accumulation in plant endoplasmic reticulum-derived
protein bodies.
—
Año
2002
—
TENDENCIAS EN LA INVESTIGACIÓN EN AGRICULTURA MOLECULAR
Las tendencias generales se focalizan fundamentalmente en los siguientes objetivos: 1) Resistencia a patógenos 2) Mejora
productiva/nutritiva de plantas comestibles (food/feed) 3) Resistencia a sequedad y suelos salinos 4) Producción de proteínas
terapéuticas. Nuestro grupo trabaja en esta última.
Herramientas que se utilizan:
– Genómica: secuenciación de genomas vegetales de interés agroalimentario. Nodulación.
– Genómica funcional: genes implicados en resistencia a patógenos, sequedad, salinidad, fotosíntesis.
– Proteómica.
– Metabolómica: regulación de rutas metabólicas y metabolitos secundarios.
– Genética/Desarrollo vegetal/floración.
OFERTA DE SERVICIOS A EMPRESAS
–
–
–
–
–
–
–
–
Secuencias reguladoras: Promotores (FTO).
Nuevas tecnologías de transformación vegetal. (FTO).
Diversidad vegetal: identificación y cultivo de nuevas especies vegetales con rasgos de interés comercial.
Tecnologías de producción de proteínas terapéuticas de alto valor añadido a costes bajos/ vacunas comestibles/productos
industriales/nutritivos.
Marcadores genéticos para cultivares de interés agroalimentario. Mejora genética.
Interés en la maduración de frutos.
Know-how relativos al down-processing de biomasa vegetal: sistemas de homogenización, tratamiento de sólidos, bioquímica
(purificación de extractos proteicos, lípidos, azúcares y metabolitos secundarios).
Interés en algas (biomasa). Por ejemplo: empresas de cosmética, alimentación animal.
LÍNEAS FUTURAS DE INTERÉS
–
–
–
–
–
Plantas GM de cultivos extensivos para la producción de productos industriales (biopolímeros, enzimas industriales,…).
Plantas GM para la producción de proteínas terapéuticas (vacunas, anticuerpos, citoquinas, hormonas).
Plantas GM productoras de complementos alimentarios para alimentación humana y animal.
Agricultura sostenible. Aprovechamiento de biomasa-energía.
Plantas GM para cultivo extensivo de plantas resistentes a desecación.
BARRERAS Y LIMITACIONES EN LA INVESTIGACIÓN
– Escasa dotación presupuestaria por parte de la administración en proyectos de investigación de agricultura molecular. Este
aspecto es especialmente grave en un país con una climatología idónea para cultivos sostenibles.
– Falta de flexibilidad y dinero para la contratación de personal cualificado.
– Falta de contacto con la realidad: interacción agricultor/empresa-investigador.
– Crear puestos de trabajo especializados y multidisciplinares (abogado/científico) que detecten y gestionen posibles transferencias
de tecnología (para la propia institución pública o para empresas interesadas).
(Continúa en página siguiente)
87
CASO PRÁCTICO 9 (continuación)
DIFICULTADES PARA EL DESARROLLO E IMPLANTACIÓN DE LA AGRICULTURA MOLECULAR
– Legislación compleja y poco clara.
– Falta de mecanismos de control sanitario y medioambiental. Mecanismos de control científicamente rigurosos y reconocidos
socialmente. Acompañados además por un seguimiento en campo/ invernadero, durante el procesamiento del vegetal y del
producto final (controles moleculares específicos, analítica concreta….).
– Falta de información al consumidor.
– Desarrollo de Sistemas seguros de confinamiento.
HITOS Y PLAZOS EN LA IMPLANTACIÓN DE LA AGRICULTURA MOLECULAR
– Legislación:
3 años
– Primeras explotaciones comerciales: 5 años
– Primeros fármacos en el mercado: 10 años
88
PLANTAS BIOFACTORÍA
CASO PRÁCTICO 10
Nombre de la institución o empresa: FORT DODGE VETERINARIA, S.A.
Investigador principal: Juan Plana Durán (Departamento de I+D)
Personal:
15 investigadores
Área de experiencia:
Transformación genética
Biotecnología vegetal
Virología
Formación:
Biólogos
Ingenieros agrónomos
Veterinarios
Bioquímicos
PRINCIPALES LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN DEL GRUPO
Vacunas:
– Convencionales.
– DNA Recombinantes.
PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN FINANCIADOS Y COSTE
Proyecto de investigación:
Biosafe coronavirus vaccine vector for the prevention of human infections
of the enteric and respiratory tract. Referencia: QLRT-2000-00874.
1999-2002. 2000-2003.
Biosafe coronavirus vector-based vaccine for prevention of foot-and-mouth
disease. Referencia: QLRT-2001-00825. 2001-2004.
Trageting immunocomplex production in plants.
Referencia:QLRT-2001-01050. 2001-2004.
Epidemiology and control of classical swine fever (CSF) in wild boar and
potential use of a newly developed live marker vaccine.
Referencia: SSPE-CT-2003-501599. 2004-2008.
Development of intervention strategies against SARS in a European-Chinese
taskforce. Referencia: FP6-2003-SSP-SARS. 2004-2007.
Organismo
Coste
European Commission
Framework Program
—
European Commission
Framework Program
European Commission
Framework Program
—
European Commission
Framework Program
—
European Commission
Framework Program
—
—
PATENTES O SOLICITUDES DE PATENTES
Número
P 9301973
P 9401493
Título
Vaccine for preventing the porcine reproductive and respiratory syndrome.
Recombinant rabbit haemorrhagic disease virus (RHDV) capsids and proteins, diagnostic kits
and vaccines containing said recombinant products.
P 9502370
Recombinant adenoviruses which express antigens of the porcine transmissible gastroenteritis
PCT/ES96/00185 virus (TGEV) and their use in the formulation of vaccines.
9600620
Vectors based on recombinant defective viral genomes and their use in the formulation of vaccines.
P9902673
Clones y vectores infectivos derivados de coronavirus y sus aplicaciones.
P200002161
Producción del antígeno VP60, o de un fragmento del mismo, del virus de la enfermedad
hemorrágica de los conejos en plantas y vacuna contra la enfermedad hemorrágica vírica
de los conejos que comprende dicho antígeno.
Año
1994
1995
1995
1996
1999
2000
TENDENCIAS EN LA INVESTIGACIÓN EN AGRICULTURA MOLECULAR
Expresión de proteínas y anticuerpos en plantas.
LÍNEAS FUTURAS DE INTERÉS
Desarrollo de “edible vaccines” (vacunas comestibles).
BARRERAS Y LIMITACIONES EN LA INVESTIGACIÓN
Ninguna dificultad en nuestra empresa.
DIFICULTADES PARA EL DESARROLLO E IMPLANTACIÓN DE LA AGRICULTURA MOLECULAR
Dificultad para registro.
HITOS Y PLAZOS EN LA IMPLANTACIÓN DE LA AGRICULTURA MOLECULAR
– Primeras explotaciones comerciales:
5 años
89
CASO PRÁCTICO 11
Nombre de la institución o empresa: Centro Nacional de Biotecnología (CNB). CSIC,
Dpto. Biología Molecular y Celular.
Dirección web: www.cnb.uam.es
Investigador principal: Luis Enjuanes Sánchez
Personal:
1 profesores titulares
6 investigadores
5 becarios pre-post
Área de experiencia:
Virología
Formación:
Biólogos
PRINCIPALES LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN DEL GRUPO
Biología de coronavirus, incluyendo mecanismos de replicación, transcripción, encapsidación, desarrollo de vectores para vacunas.
PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN FINANCIADOS Y COSTE
Proyecto de investigación
Diseño de vacunas para la protección del ganado porcino frente a infecciones
entéricas y respiratorias. 1999-2000.
Desarrollo de un vector vacunal para la especie porcina basado en genomas de
coronavirus. Referencia: CAM 07B/0020/99. 2000.
Generic coronavirus vaccine vectors for protection of farm animals against
mucosal infections. Referencia: QLRT-1999-00002. 2000-2002.
Immunotherapy of enteric infections by rotaviruses and coronaviruses using
plantibodies. Referencia: QLRT-1999-30739. 2000-2002.
Biosafe coronavirus vaccine vector for the prevention of human infections of the
enteric and respiratory tracts.
Referencia: QLRT-2000-00874. 2001-2004.
Ingeniería de genomas de coronavirus para el diseño de vectores bioseguros.
Referencia: BIO2001-1699. 2001-2004
Biosafe coronavirus vector-based vaccine for prevention of foot-and-mouth
disease. Referencia: QLRT-2001-00825. 2002-2005.
Targeting immunocomplex production in plants.
Referencia: QLRT-2001-01050. 2002-2005.
Development of intervention strategies against SARS in a European-Chinese
taskforce. Referencia: FP6-2003-SSP-2.2-SARS. 2004-2007.
Organismo
Coste
—
—
CAM
28.940 €
UE
238.000 €
UE
246.730 €
UE
263.860 €
CICYT
252.570 €
UE
256.742 €
UE
248.105 €
UE
380.000 €
PATENTES O SOLICITUDES DE PATENTES:
Número
Título
PCT/EP 00/12063 Infectious clone.
(P 55171)
200200158
Secuencia de ácido nucleico que comprende la señal de encapsidación del RNA de un coronavirus
del grupo 1 y sus aplicaciones.
Año
2000
2002
TENDENCIAS EN LA INVESTIGACIÓN EN AGRICULTURA MOLECULAR
Diseño de vacunas para salud animal, caracterización del genoma de las especies de interés en alimentación, mejora y transferencia de
embriones, proteómica, genómica.
OFERTA DE SERVICIOS A EMPRESAS
Diseño de vacunas recombinantes seguras.
LÍNEAS FUTURAS DE INTERÉS
Estudios básicos sobre la biología de coronavirus (incluyendo coronavirus porcinos y humanos).
BARRERAS Y LIMITACIONES EN LA INVESTIGACIÓN
– Falta de instalaciones de seguridad biológica.
– Dificultad en las autorizaciones para el trabajo con patógenos.
DIFICULTADES PARA EL DESARROLLO E IMPLANTACIÓN DE LA AGRICULTURA MOLECULAR
Mejora del sistema de patentes europeo en comparación con el americano.
HITOS Y PLAZOS EN LA IMPLANTACIÓN DE LA AGRICULTURA MOLECULAR
– Legislación:
– Primeras explotaciones comerciales:
– Primeros fármacos en el mercado:
90
1 año
3 años
5 años
PLANTAS BIOFACTORÍA
CASO PRÁCTICO 12
Nombre de la institución o empresa: Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria
y Alimentaria (INIA), Dpto. Biotecnología.
Dirección web: www.inia.es
Investigador principal: Covadonga Alonso Martí
Personal:
1 Contratado posdoctoral
1 becario predoctoral
Área de experiencia:
Virología molecular
Biología Molecular
Formación:
Biólogos
PRINCIPALES LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN DEL GRUPO
Identificación de dianas terapeúticas para estrategias de interferencia antiviral mediante:
– Estudios proteómicos de las interacciones virus-hospedador.
– Caracterización de los mecanismos de apoptosis.
– Función de las proteínas motoras microtubulares en el transporte intracelular de los virus.
PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN FINANCIADOS Y COSTE
Proyecto de investigación
Estudio de las interacciones patógeno- hospedador del virus de la Peste porcina
africana mediante técnicas de proteómica y microscopía confocal IO2004-00690.
Año 2005.
Desarrollos biotecnológicos para la utilización rentable de plantas como
biofactorías. Años 2004-2008.
Estudio de la interacción virus-célula mediante análisis proteómico de la
infección por el virus de la Peste porcina africana. AGL2002-00668.
Development of African swine fever virus vaccines. Referencia: 75813.
Años 2005-2009.
Producción de reactivos para el control y profilaxis del síndrome respiratorio y
reproductivo del ganado porcino (PRRS) en un sistema libre de cultivos
celulares. Años 2003-2004. 95-0624-OP.
Organismo
Coste
Proyecto CICYT
Proyecto del plan
estratégico del INIA
CPE03-022-C5
46.000 €
160.000 €
Proyecto CICYT
133.500 €
Wellcome Trust
Foundation
309.000 €
Proyecto PETRI
115.000 €
TENDENCIAS EN LA INVESTIGACIÓN EN AGRICULTURA MOLECULAR
– Vacunas.
– Biofactorías en la producción de moléculas de interés diagnóstico o terapéutico.
OFERTA DE SERVICIOS A EMPRESAS
Identificación de moléculas diana de interés diagnóstico o terapéutico mediante estudios proteómicos.
LÍNEAS FUTURAS DE INTERÉS
Desarrollo de moléculas antivirales.
BARRERAS Y LIMITACIONES EN LA INVESTIGACIÓN
– Falta de financiación.
– Falta de personal.
DIFICULTADES PARA EL DESARROLLO E IMPLANTACIÓN DE LA AGRICULTURA MOLECULAR
– Legislación más permisiva.
– Falta de implantación de la innovación en el sector agrícola.
HITOS Y PLAZOS EN LA IMPLANTACIÓN DE LA AGRICULTURA MOLECULAR
– Legislación:
– Primeras explotaciones comerciales:
– Primeros fármacos en el mercado:
5 años
5 años
10 años
91
9. Conclusiones
La ingeniería genética ha permitido convertir en
tecnológicas que permiten eliminar algunos
biofactorías de productos como enzimas,
riesgos ambientales, como la expresión transitoria
antibióticos, vacunas, anticuerpos u hormonas, a
de las proteínas recombinantes, su confinamiento
distintos organismos entre los que se incluyen
en orgánulos como cloroplastos, que no se
bacterias o levaduras, o a cultivos celulares de
transmiten por polen o la utilización de
animales como insectos o mamíferos.
promotores que sólo se activan ante determinados
Desde hace años se investiga la posibilidad de
utilizar plantas completas para la producción de
estímulos físicos o químicos, limitando su
producción a momentos determinados.
estos compuestos de interés, debido a que
De estos desarrollos tecnológicos, la expresión de
presentan múltiples ventajas económicas, técnicas
proteínas foráneas en cloroplastos de tabaco aparece
y de seguridad, que hacen que puedan
como uno de los más ventajosos. Los cloroplastos son
considerarse como una alternativa a otros
orgánulos que no se transmiten a través del polen, ya
sistemas de producción más costosos o con
que su herencia es materna, de modo que el riesgo de
riesgos de contaminación por agentes patógenos:
contaminación de otros cultivos es muy pequeño. La
• Ventajas técnicas. Las plantas son sistemas
sencillos de transformar genéticamente, y
existen protocolos de transformación y
regeneración para múltiples especies. Se
conocen secuencias específicas que permiten la
acumulación de proteínas en tejidos y órganos
transformación de cloroplastos permite niveles de
expresión elevados, ya que cada célula vegetal
contiene gran cantidad de estos orgánulos. Además, la
proteína recombinante se encuentra protegida de la
degradación y su acumulación dentro del cloroplasto
no afecta al desarrollo normal de la planta.
fáciles de recolectar, almacenar y procesar, o en
El tabaco se utiliza como modelo de experimentación
orgánulos donde las proteínas se encuentran
debido a que es fácilmente transformable y existe
protegidas de la degradación, lo cual aumenta
una tecnología muy avanzada para la transferencia y
su rendimiento de producción.
expresión de genes. Por otra parte se trata de una
• Ventajas económicas. El cultivo de plantas es
económico y sencillo, ya que existen
planta no comestible, claramente diferenciada de las
que lo son, por lo que el riesgo de contaminación de
infraestructuras y maquinaria específica para su
la cadena alimentaria es muy bajo. Además, produce
cultivo, recolección y procesado.
un elevado rendimiento de biomasa y se dispone de
infraestructuras para su cultivo y procesado a gran
• Ventajas referentes a la seguridad del producto.
escala.
Se trata de organismos eucariotas, más
cercanos a los seres humanos que bacterias y
Por otra parte, la transformación de otros tipos de
levaduras, que no presentan patógenos que
plastos de frutas despierta un gran interés para la
puedan afectar al hombre o los animales, como
obtención de vacunas comestibles.
es el caso de las toxinas bacterianas, virus,
priones o secuencias oncogénicas.
El número de empresas dedicadas al desarrollo de
plataformas biotecnológicas de producción de
Sin embargo, existen una serie de retos que pueden
proteínas recombinantes en plantas se encuentra
tener una incidencia en el desarrollo de plantas
liderado por Estados Unidos y Canadá, donde se
biofactoría. Estos retos derivan, por una parte, de
sitúan aproximadamente el 60%. En Europa,
aspectos relacionados con la seguridad, tanto
aunque existen empresas que están realizando
medioambiental como sanitaria (salud humana y
investigaciones, y algunas ya tienen productos en
animal). En segundo lugar existen una serie de retos
fase de ensayo clínico, la situación es de retraso
relacionados con el proceso productivo, referentes a
frente a estos países.
rendimiento de la producción y purificación de los
productos de interés.
El principal motivo de este retraso es la moratoria
que hasta hace unos meses impedía la aprobación
Se han desarrollado distintas tecnologías que
de nuevos transgénicos en Europa, lo cual ha
permiten aumentar la expresión de proteínas y
condicionado profundamente el sector
mejorar la purificación, situando el rendimiento
biotecnológico en los países miembros. Esta
del conjunto del proceso en niveles competitivos
moratoria ha tenido una influencia notable en
con los sistemas tradicionales de producción.
retrasar el desarrollo de la agricultura molecular en
Asimismo se han desarrollado estrategias
Europa, dado que las plantas biofactoría se
92
PLANTAS BIOFACTORÍA
encuentran en una fase más temprana de
como lo son los biorreactores en los que se
desarrollo que otros OGMs (Organismos
cultivan microorganismos o células animales.
Modificados Genéticamente). La incidencia de la
moratoria se ha visto reflejada en tres ejes clave: la
Por otra parte se encuentra la gran barrera que
planificación de la política científica, la inversión
supone la ausencia de una legislación específica
privada y la masa crítica del sector.
para uso no alimentario. Algunos investigadores
consideran que la normativa actual que regula las
Por una parte ha afectado a la planificación de la
actividades en las que se produzcan o empleen
política científica, tanto europea, a través de sus
OMGs es demasiado restrictiva y no está
Programas Marco, como a las políticas científicas
justificada por datos científicos. Esta normativa
de los estados miembros. Así, el apoyo a la
condiciona extraordinariamente la investigación, lo
investigación en plantas transgénicas ha quedado
cual unido a la falta de financiación ha llevado a
relegado a la investigación con fines básicos y los
algunos grupos a abandonar sus líneas de
proyectos con fines aplicados como el desarrollo
investigación en este campo.
de plantas biofactoría se han visto excluidos de las
áreas prioritarias de I+D+i.
No obstante, parece que en Europa se están
produciendo ciertos cambios que podrían auspiciar
En segundo lugar, la combinación de la moratoria
un mejor futuro. La moratoria finalizó el 19 de
con las barreras administrativas ha provocado que
mayo del pasado año, con la autorización por la
las industrias farmacéuticas y agroalimentarias no
Comisión Europea de la importación y procesado
apuesten por la utilización de estos sistemas para
de maíz dulce modificado genéticamente de la
la obtención de productos, con la consiguiente
línea Bt11 de Syngenta, aunque todavía no se ha
desinversión privada en la I+D de este sector. De
concedido la autorización para su cultivo.
hecho, algunas de las empresas europeas de
mayor tamaño han decidido trasladarse a Estados
Por otra parte, existe un proyecto europeo
Unidos y Canadá, donde tienen más facilidades
denominado Consorcio Pharma-Planta, fundado por
para llevar a cabo sus investigaciones y desarrollar
la Comisión Europea como parte del Sexto Programa
sus productos.
Marco en el área denominada “Plant Platforms for
Immunotherapeutic Biomolecule Production”. Este
Por último, y como resultado de este ambiente de
proyecto cuenta con 12 millones de euros y en él
incertidumbre y de la falta de financiación tanto
participan 39 equipos de investigación de 11 países
pública como privada en Europa, se ha producido
europeos (ninguno español) y Sudáfrica. Su objetivo
un abandono paulatino por parte de algunos
es el desarrollo de estrategias eficientes y seguras
grupos de las líneas de investigación relacionadas
para la producción de proteínas terapéuticas en
con la agricultura molecular, lo que ha conducido a
plantas para la obtención de tratamientos para
una pérdida de masa crítica, imprescindible para
enfermedades humanas como SIDA, diabetes, rabia
asegurar la competitividad del sector.
o tuberculosis.
Los investigadores españoles consultados acerca
Por último, es imprescindible disponer de un
de las plantas biofactoría coinciden al señalar que
entorno legal y administrativo claramente definido
la falta de financiación pública o procedente de
y estable que permita la participación de los
empresas farmacéuticas, junto con la dificultad
distintos agentes del sector (empresas, grupos de
para la autorización de usos confinados y
investigación, inversores privados) desde el
liberaciones voluntarias, son las principales
perfecto conocimiento de las reglas del juego. Esto
barreras y limitaciones con las que se encuentran
permitirá la correcta valoración de las
en la investigación.
oportunidades de futuro y ayudará a definir y
afianzar sus posicionamientos.
Otro punto de coincidencia es el rechazo por parte
de la opinión pública de este tipo de plantas.
A efectos de aprobación y coexistencia será
Cuando se habla de plantas modificadas
necesario considerar cada plataforma de manera
genéticamente se genera un cierto temor o
independiente, entendiendo una plataforma como la
rechazo en la opinión pública, debido a que la
combinación de planta, tecnología y producto, ya que
aplicación principal de las plantas es la obtención
es esta combinación la que determina los riesgos
de alimentos. El riesgo de que estos productos
para la salud y el medio ambiente. Por otro lado,
puedan contaminar la cadena alimentaria hace
resulta altamente conveniente la definición de
que productores de alimentos y consumidores se
estrategias específicas de apoyo al desarrollo de
opongan a su uso. Sin embargo, las plantas
estas tecnologías por parte de las Administraciones
biofactoría no están destinadas a la producción de
Públicas, así como el establecimiento de programas
alimentos, sino que se trata de biofactorías, tal y
de información pública.
93
10. Anexos
ANEXO I. Proyecto Pharma-Planta
www.pharma-planta.org
El Proyecto Pharma-Planta es un consorcio de
39 equipos de investigación académicos y de
empresas, de 11 países europeos y Sudáfrica. El
proyecto ha sido fundado por la Comisión Europea
como parte del Sexto Programa Marco en el área
denominada “Plant platforms for
immunotherapeutic biomolecule production” y
cuenta con 12 millones de Euros para la
investigación del uso de plantas modificadas
genéticamente para el desarrollo de tratamientos
para enfermedades humanas como SIDA,
diabetes, rabia y tuberculosis.
Sus objetivos son el desarrollo de estrategias
eficientes y seguras para la producción de
proteínas terapéuticas en plantas, así como la
definición de los procedimientos y métodos que
permitan la producción de estas proteínas de
acuerdo con la normativa, de modo que
finalmente puedan obtenerse productos con una
pureza y calidad suficiente para poder realizar
ensayos clínicos.
El proyecto se encuentra coordinado por el
St Georges Hospital en Londres y por el Instituto
Fraunhofer en Alemania y en él participan
expertos en las áreas de biología molecular,
biología de plantas, inmunología, tecnologías de
expresión de proteínas recombinantes,
biotecnología de plantas, vacunas, evaluación de
riesgos y gestión de la propiedad industrial.
A continuación se incluye una tabla con los
participantes en este proyecto.
94
PLANTAS BIOFACTORÍA
CENTROS DE INVESTIGACIÓN DEL CONSORCIO PHARMA-PLANTA
País
Alemania
Austria
Bélgica
Francia
Grecia
Institución
Página web
Fraunhofer Institute of Molecular Biology
and Applied Ecology
www.ime.fraunhofer.de
Institute of Molecular Biotechnology,
RWTH - University of Aachen
www.biotec.rwth-aachen.de
University of Heidelberg
www.uni-heidelberg.de
University of Münster
www.uni-muenster.de
Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research
(IPK)
www.ipk-gatersleben.de
University of Natural Resources and Applied Life
Sciences
www.boku.ac.at
Flanders Interuniversity Institute
for Biotechnology
www.vib.be
Université Catholique de Louvain
www.ucl.ac.be
Centre de Coopération Internationale en Recherche
Agronomique pour le Développment (CIRAD)
www.cirad.fr
Université Blaise Pascal Clermont-Ferrand II
www2.univ-bpclermont.fr
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)
www.inra.fr
Agricultural University of Athens
www.aua.gr
National University of Ireland
www.nui.ie
Trinity College
www.tcd.ie
Universita Degli Studi di Verona
www.univr.it
Ente per le Nuove Tecnologie, l'Energia e l'Ambiente
www.enea.it
Consiglio Nazionale Delle Ricerche
www.cnr.it
John Innes Centre
www.jic.bbsrc.ac.uk
Centre for the Management of Intellectual Property
in Health Research and Development (MIHR)
www.mihr.org
St George's Hospital Medical School
www.sghms.ac.uk
Oxford Brookes University
www.brookes.ac.uk
University of Warwick
www.warwick.ac.uk
University of Cambridge
www.cam.ac.uk
University of Glasgow
www.gla.ac.uk
University of Leeds
www.leeds.ac.uk
Université de Neuchâtel
www.unine.ch
Irlanda
Italia
Reino
Unido
Suiza
95
96
Reino
Unido
The Chancellor,
Masters and
Scholars of the
University
of Cambridge
Jonh Innes Centre
The Royal Veterinary
and Agricultural
University
University of Leeds
Mechanisms of transgene
integration and expression
in crop plant plastids:
underpinning a technology for
improving human health.
Targeting immunocomplex
production in plants.
Plant center: molecular plant
physiology research and training.
Manipulation of transport of
soluble proteins to vacuolar
compartments.
Reino
Unido
Dinamarca
Reino
Unido
Reino
Unido
University of Leeds
Biochemical and genetic
approaches to study
bio-molecular interactions
in plants.
Alemania
País
FraunhoferGesellschaft zur
Forderung der
Angewandten
Forschung e.V.
Coordinador
Recombinant pharmaceuticals
from plants for human health.
Proyecto
ANEXO II. Proyectos financiados por la Unión Europea
Israel
Weizmann Institute of Science
—
—
Fort dodge veterinaria/
Laboratorios sobrino
CSIC-CNB
Holanda
Wageningen University
—
—
España
España
—
Suecia
Uppsala University
—
Suiza
Reino Unido
The Chancellor, Masters and
Scholars of the University of
Cambridge
Universite de Neuchatel
Italia
—
País
National Research Council Of Italy
—
Colaboradores
2001-2003
2001-2004
2002-2005
2002-2005
2002-2005
2004-2009
Duración
QLK3-CT-200052080
QLK3-CT-200060078
QLK2-CT-200201050
HPRN-CT-200200262
HPRN-CT-200200262
LSHB-CT-2003503565
Referencia
Fondazione Telethon
CSIC-CNB
DANISCO A/S
Immunotherapy of enteric
infections by rotaviruses
and coronaviruses using
plantibodies.
Upgrading of sugar beet pectins
by enzymatic modification and
molecular farming.
Coordinador
EUREXpress, a European
Consortium for large-scale gene
expression analysis by RNA
in situ hybridization.
Proyecto
Dinamarca
España
Italia
País
Reino Unido
Unilever Uk Central Resources Ltd
Reino Unido
University Of Stirling
Holanda
Italia
University Of Rome
“La Sapienza”
Wageningen University
Reino Unido
University Of Leeds
Holanda
Dinamarca
The Royal Veterinary and
Agricultural University
University Of Groningen
Francia
Alemania
España
Italia
Institut National de la
Recherche Agronomique
Aachen University of Technology
Fort Dodge Veterinaria SA
International Centre for Genetic
Engineering and Biotechnology
Reino Unido
Alemania
Max-Planck-Gesellschaft
Zur Foerderung Der
Wissenschaften E.V.
John Innes Centre
Reino Unido
Medical Research Council
España
España
Universidad Miguel
Hernandez de Elche
Universidad de Murcia
Francia
Reino Unido
País
Universite de Paris
V 'Rene Descartes
Univ. Of Newcastle Upon Tyne
Colaboradores
2000-2003
2000-2003
2000-2003
Duración
QLK3-CT-199900089
QLK2-CT-200000739
QLG2-CT-199900793
Referencia
PLANTAS BIOFACTORÍA
97
98
Holanda
Alemania
Dienst
Landbouwkundig
Onderzoek Instituut
voor Dierhouderij en
Dierengezondheid
Rhein.-Westf.
Technische
Hochschule Aachen
Biopharmaceuticals produced in
plants: proteins involved in the
regulation of fertility in animals.
Production of diagnostic and
therapeutic antibodies in plants
by molecular farming.
Reino
Unido
Scottish Crop
Research
Institute (SCRI)
Standardization of the
Immunodiagnosis and
Qualification of Plant Viruses
by Development of Synthetic
Antigens.
Reino
Unido
País
Scottish Crop
Research
Institute (SCRI)
Coordinador
Standardization of the
Immunodiagnosis and
Qualification of Plant Viruses by
Development of Synthetic
Antigens.
Proyecto
United Medical and Dental
Schools of Guy's and
St.Thomas's Hospital
Centre National de la Recherche
Scientifique (C.N.R.S)
Reino Unido
Francia
Reino Unido
Austria
VITROPLANT
Pflanzenbiotechnologie GmbH
BBSRC John Innes Centre
Austria
University Of Agricultural
Sciences-Vienna
Francia
Institut National de la
Recherche Agronomique (INRA)
Reino Unido
Adgen Ltd.
Holanda
Italia
Agritest Srl
Dienst Landbouwkundig
Onderzoek. Centrum voor
Plantenveredelings
Grecia
Holanda
Nederlandse Algemene
Keuringsdienst voor Zaaizaad en
Pootgoed van Landbouwgewassen
Benaki Phytopathological
Institute
Alemania
Rheinisch-Westfälische
Technische Hochschule Aachen
(RWTH)
Italia
Portugal
Universidade do Porto
Univ. Degli Studi di Bari
Holanda
País
Wageningen University
Colaboradores
1997-2001
1998-2001
1998-2002
1998-2002
Duración
FAIR973110
BIO4980255
SMT4982246
SMT4982246
Referencia
Reino
Unido
Bélgica
Alemania
United Medical and
Dental Schools of
Guy's and
St.Thomas's Hospital
Vrije Universiteit
Brussel
Instituut Moleculaire
Biologie
Rhein.-Westf.
Technische
Hochschule Aachen
Jonh Innes Centre
Unilever UK Central
Resources Ltd
The development of a vaccine
against mucosal
infection with SIV/HIV in nonhuman and human primates.
Engineering high quality crops by
optimizing lysine, methionine and
cystine content.
Molecular farming of therapeutic
antibodies in plants.
Expression of animal virus antigens
in plants using viral vectors.
Processing technology for recovery
of recombinant antibody produced
in crop plants.
Reino
Unido
Reino
Unido
País
Coordinador
Proyecto
Holanda
Dienst Landbouwkundig Onderzoek
Austria
Holanda
España
España
Holanda
Alemania
University of Agricultural
Sciences-Vienna
Wageningen Universit
Fort dodge veterinaria S.A.
CSIC-CNB
Institute for Animal Science and
Health Research
Technischen Hochschule Aachen
—
Israel
Weizmann Institute of Science
—
Suiza
Reino Unido
Universität Bern
University Of Bristol
Alemania
Holanda
Cooperative Verkoop-en
Produktievereniging van
Aarappelmeel en Derivaten
'AVEBE' BA
Max-Planck-Gesellschaft Zur
Foerderung der Wissenschaften E.V
Francia
Biocem SA. Laboratoire de Biologie
Cellulaire et Moléculaire
Alemania
Holanda
Biomedical Primate Research Centre
Freie Universitaet Berlin
Suecia
Francia
País
University of Göteborg
Université de Rouen - Haute
Normandie
Colaboradores
1996-1999
1996-1999
1997
1997-2000
1997-2001
Duración
FAIR961039
BIO4960304
FAIR965860
BIO4972182
BMH4972345
Referencia
PLANTAS BIOFACTORÍA
99
100
Francia
Centre National de la
Recherche
Scientifique
(C.N.R.S)
Axis Genetics plc
University of
Edinburgh
Rhein.-Westf.
Technische
Hochschule Aachen
Tree improvement based on
lignin engineering.
The plant as a factory for the
production of oral vaccines and
diagnostics.
Structure, function and industrial
applications of plant laccases and
peroxidases.
Molecular farming of therapeutic
antibodies in plants.
Alemania
Reino
Unido
Reino
Unido
País
Coordinador
Proyecto
—
Université de Rouen - Haute
Normandie
—
Francia
Italia
Dinamarca
University Of Copenhagen
Università degli Studi di Catania
Francia
Universite Paul Sabatier de
Toulouse III
Suiza
Dinamarca
Novo Norddisk
Universite De Geneve
Bélgica
Eurogenetics Nv
Bélgica
España
Immunologia y Genetica
Aplicada S.A.
Rijksuniversiteit Gent
Holanda
Dinamarca
Danish Veterinary Institute
for Virus Research
Institute for Animal
Science and Health Research
Reino Unido
Zeneca Group Plc
España
Francia
I.N.R.A. - Centre de Versailles
Empresa Nacional de Celulosas
S.A.- Centro de Investigacion de
Ence - CIE
Grecia
País
Center for Renewable Energy
Sources
Colaboradores
1997
1994-1998
1995-1998
1995-1999
Duración
FAIR965860
FAIR21661
FAIR950720
FAIR950424
Referencia
Francia
Holanda
Wageningen
University
A flexible approach to endow
plants with new properties.
País
GREENTECH SA
Coordinador
Novel approaches for a mass
production of plant extension
which is a bovine collagen and
gelatin substitute by
overexpression in transgenic
plants or in fermentation process.
Proyecto
Holanda
Italia
Centre for Plant Breeding Res.
Ente per le Nuove Tecnologie
l'Energia e l'Ambiente (ENEA)
Bélgica
Alemania
University Of Hamburg
Universiteit Gent
Alemania
Rheinisch-Westfälische
Technische Hochschule Aachen
(RWTH)
Francia
Alemania
Bundesanstalt für
Züchtungsforschung
an Kulturpflanze
Institut National de la Recherche
Agronomique (INRA)
Alemania
País
Gesellschaft für
Biotechnologische
Entwicklung und Consulting
GmbH
Colaboradores
1993-1995
1997
Duración
BIO2920239
BIO4979054
Referencia
PLANTAS BIOFACTORÍA
101
102
Expresión de un antígeno vírico en plantas de patata: optimización de una vacuna contra la enfermedad
hemorrágica del conejo
Universidad de Oviedo
Dpto. Bioquímica y Biología Molecular
* En estos proyectos colabora Fort Dodge Veterinaria, S.A.
Producción de antígenos vacunales en plantas mediante transformación cloroplástica
BIOPHAR – Production of enzymes for applications in food industries using recombinant techniques
1999-2000
2002
2003-2004
MEDIBIO: New technologies for producing pharmaceuticals using plant systems
1998-2000
Desarrollo de vacunas comestibles contra el virus de la fiebre hemorrágica del conejo usando un vector
viral para plantas basado en el potyvirus del mosaico del nabo
2000
1998-2000
Aplicaciones biotecnológicas de los virus vegetales: expresión heteróloga de biomoléculas de interés
industrial en plantas
Expresión de péptidos vacunales del virus del sarampión en plantas transgénicas
2001-2003
1998-2001
Producción y mejora de la acumulación de proteínas de interés agronómico y metabólico en plantas
Utilización de plantas como biofactorías. Desarrollo de sistemas de sobreproducción
de xenoproteínas de interés vacunal
2001-2004
Producción de proteínas de interés terapéutico en plantas
1996-1999
Expression of animal virus antigens in plants using viral vectors
2002-2005
Targeting immunocomplex production in plants
1997-1999
1996-1999
Expression of animal virus antigens in plants using viral vectors
Diseño de un vector de expresión basado en el virus de la sharka y su empleo para producir en plantas
antígenos de agentes patógenos para la preparación de vacunas
2000-2003
2002-2005
Duración
Immunotherapy of enteric infections by rotaviruses and coronaviruses using plantibodies*
Targeting immunocomplex production in plants*
Proyecto
Universidad Pública de Navarra
Dpto. Producción Agraria
(grupo de agrobiotecnología vegetal)
Instituto Vasco de Investigación y
Desarrollo Agrario (NEIKER)
Departamento de Biotecnología
Instituto Nacional de Investigación y
Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA)
Dpto: Biotecnología (grupo de apoptosis)
Instituto Nacional de Investigación
y Tecnología Agraria y Alimentaria
(INIA) Dpto: Biotecnología (grupo
de biotecnología de virus vegetales)
Instituto Nacional de Investigación
y Tecnología Agraria y Alimentaria
(INIA) Dpto: Biotecnología
(grupo de vacunas)
Instituto de Biología Molecular de
Barcelona. Dpto. Genética molecular
de plantas (grupo de transporte
subcelular de proteínas vegetales)
Centro Nacional de Biotecnología
(CNB-CSIC)
Dpto: Genética Molecular de Plantas
Centro Nacional de Biotecnología
(CNB-CSIC) Dpto. Biología Molecular
y Celular
Centro
ANEXO III. Centros públicos de investigación y proyectos
PLANTAS BIOFACTORÍA
ANEXO IV. Empresas
PAÍS
SISTEMA DE
EXPRESIÓN
USA
Maíz y algodón
España
Virus TuMV
Bayer Cropscience
www.bayercropscience.com
Alemania
Cánola, algodón
y arroz
Basf Plant Science GmbH
www.basf.de/en
Alemania
Cánola
EMPRESA
Agracetus
www.agracetus.com
Agrenvec
www.agrenvec.es
MOLÉCULAS
Proteínas terapéuticas
Enzimas industriales
—
Biopolímeros
Vitaminas
Lactoferrina humana
Biocem S.A./Biogemma S.A.
Francia
Maíz y tabaco
Lipasa gástrica
Vacuna contra la rabia
Anticuerpos del VIH
Biolex (Epicyte)
www.biolex.com
USA
Maíz
Anticuerpos del Herpes Simplex
Microbicidas
Bioplanta Gmbh
www.bioplanta-leipzig.de
Biosecure Crops
www.growmax.biz
Calgene Inc
Cellectis S.A.
www.cellectis.com
Ceres Inc
www.ceresbiotechnology.com
Alemania
Tabaco
Anticuerpos
Canadá
Patata
Anticuerpos monoclonales
USA
Cloroplasto
Xilanasas
Francia
Plantas
Fármacos
USA
—
—
Albúmina sérica humana
Interferones
Chlorogen
www.chlorogen.com
USA
Tabaco
Factores de crecimiento
Biopolímeros (elastina)
Vacunas contra antrax,
peste y cólera
Chromatin Inc
www.chromatininc.com
USA
Cobento Biotech Aps
www.cobento.com
Dinamarca
CropDesign
www.cropdesign.com
Fármacos
Factor intrínseco humano
Arabidopsis
Transcobalamina humana
Bélgica
Arroz
—
Vacunas de uso veterinario
Dow Agrosciences
www.dowagro.com
USA
Maíz
Anticuerpos de uso veterinario
103
PAÍS
SISTEMA DE
EXPRESIÓN
USA
Cártamo
España
Tabaco
Australia
Tabaco, banana,
caña de azúcar y
leguminosas
Biopolímeros y proteínas de
interés terapéutico e industrial
USA
Tabaco y cebada
Colágeno y gelatina
recombinantes
España
Potyvirus de la
viruela del ciruelo
USA
—
Enzimas industriales
Corea del Sur
Tomates y tabaco
Vacunas animales y
humanas comestibles
Greenovation Biotech GmbH
www.greenovation.com
Alemania
Maíz
Greentec GmbH
Alemania
—
Canadá
Melón coreano,
tabaco, cánola y
mostaza
EMPRESA
Emlay And Associates
Era Plantech
www.eraplantech.com
Farmacule Bioindustries
Pty Ltd
www.farmacule.com
Fibrogen Inc
www.fibrogen.com
Fort Dodge Veterianaria
Genecor International
www.genencor.com
Genomine Inc
www.genomine.com
MOLÉCULAS
Fármacos
Calcitonina
Proteína VP60 de la fiebre
hemorrágica del conejo
Factor IX
Colágeno y gelatina bovina
Fármacos
Guardian Biotechnologies
www.guardianbio.com
Vacunas
Hormonas
Enzimas de restricción
Interferón α y β
Somatotropina
Anticuerpos de cadena sencilla
Anticuerpos monoclonales
Icon Genetics Ag
www.icongenetics.com
Antígenos
Alemania/USA
Tabaco
Glucocerebrosidasa
Taumatina
Álbumina
ADNasa
Inhibidor de ARNasa
Insulina
Ingenasa
www.ingenasa.es
KWS Saat AG.
www.kws.de
104
España
—
Alemania
Maíz, trigo, cebada,
caña de azúcar y
patata
—
Inulina
PLANTAS BIOFACTORÍA
PAÍS
SISTEMA DE
EXPRESIÓN
Kosan Bioscience Inc.
www.kosan.com
USA
Tabaco
Large Scale Biology
www.lsbc.com
USA
Tabaco
EMPRESA
Limagrain Group
www.limagrain.com
MOLÉCULAS
Enzimas
(poliquétido sintasas)
Vacuna contra el cáncer
α-Galactosidasa
Francia
Maíz
—
Lactoferrina
Maltagen Forschung GmbH
www.maltagen.de
Lisozima
Alemania
Cebada
Albúmina sérica humana
Vacuna contra hepatitis
Maxigen Inc
www.maxygen.com
USA
—
—
Proteínas plasmáticas
Nutracéuticos
Medicago
www.medicago.com
Canadá
Alfalfa
Enzimas industriales
Colágeno
Anticuerpos monoclonales
Mendel Biotechnology
www.mendelbio.com
USA
—
—
Lipasa gástrica
Meristem Therapeutics
www.meristem-therapeutics.com
Francia
Tabaco y maíz
HSA como excipiente
para vacunas
Lactoferrina
Metabolix
www.metabolix.com
USA
Tabaco, alfalfa
y mijo
Biopolímeros (PHAs)
Alemania
Patata y cánola
Anticuerpos y fragmentos de
anticuerpos
Monsanto Protein Technology
www.mpt.monsanto.com
USA
Maíz
Neorx Corporation
www.neorx.com
USA
—
MPB Cologne GmbH
Avicidina (MAbs)
Proteínas terapéuticas
contra el cáncer. Avidicina
Vacunas comestibles de uso
veterinario
Nexgen Biotechnologies, Inc
www.nexgenbiotech.com
Hormonas (diagnóstico del hipo
e hipertiroidismo)
Corea del Sur
Melón coreano
Proteínas para el
diagnóstico de HFRS
EGF
Novartis
www.novartis.com
Multinacional
Plantas
Enzimas
105
EMPRESA
Novoplant GmbH
www.novoplant.com
PAÍS
SISTEMA DE
EXPRESIÓN
Alemania
Guisante,
patata y soja
MOLÉCULAS
Anticuerpos recombinantes de
cadena sencilla de uso
veterinario
Interleukina-3
Interferón β
Orf Genetics
www.orfgenetics.com
Islandia
Lechuga
y cebada
Eritropoyetina
Stem cell factor (SCF)
Factor estimulante de las
colonias de granulocitos
macrófagos
Phylogix
www.phylogix.com
USA
—
Phytomedics
www.phytomedics.com
USA
Tabaco y
tomate
Multinacional
Cánola
Pioneer Hi-Bred
International Inc
www.pioneer.com
Planet Biotechnology
www.planetbiotechnology.com
Plant Bioproducts, S. L.
www.plantbioproducts.com
Proteínas terapéuticas
Biopolímeros
Enzimas
USA
Tabaco
España
Cloroplastos
IgGs contra la caries y
resfriado común
Antígenos de la enfermedad
hemorrágica del conejo y fiebre
aftosa bovina
Enzimas con aplicaciones
industriales
Plantechno Srl
www.plantechno.com
Italia
Plantgenix
www.plantgenix.com
USA
Plantigen Inc
www.lhsc.on.ca/plantigen
—
Arroz y trigo
Proteínas humanas terapéuticas
y de diagnóstico
Canadá
—
Tabaco
—
GAD & citoquininas contra
diabetes tipo I
IL-10
Planton GmbH
www.planton.de
Alemania
Patata
Péptidos antimicrobianos
Canadá
Tabaco
Glicoproteína B
de hCMV
Prodigene
www.prodigene.com
USA
Maíz
Progenco Co
www.progenco.com
Reino
Unido
Girasol, maíz y
tabaco
Sembiosys Genetics Inc.
www.sembiosys.ca
Canadá
Cártamo
Serological Corporation
www.serologicals.com
USA
Prairie Plant Systems Inc
www.prairieplant.com
106
Vacunas contra Hepatitis B
Aprotinina
Proteínas terapéuticas
Fármacos
Cuerpos lipídicos
—
—
PLANTAS BIOFACTORÍA
EMPRESA
PAÍS
SISTEMA DE
EXPRESIÓN
USA
Maíz
MOLÉCULAS
Avidina
Stauffer Biotech
β-Glucuronidasa
Subterra*
www.subterrallc.com
USA
Tabaco
Alemania
Tomate,
patatas, tabaco,
cánola y
Arabidopsis
Glicoproteína B de hCMV
Tocoferoles
Sungene GmbH & Co.
www.sungene.de
Vitamina K
Enzimas industriales
Syngene Biotek
Syngenta Biopharma
www.syngenta.com/en/biopharma
Toxin Alert
www.toxinalert.com
Unicrop
www.unicrop.fi
Ventria Bioscience
www.ventriabio.com
Yissum Research
Development Co
www.yissum.co.il
Péptidos
antimicrobianos
Canadá
Tabaco y patatas
Suiza
Cártamo
Anticuerpos
Canadá
Tabaco y patata
Anticuerpos
Finlandia
Cebada
Anticuerpos monoclonales
Proteínas de interés terapéuticos
USA
Arroz
Israel
Tabaco
y tomate
Alternativos a antibióticos
de uso veterinario: lactoferrina
y lisozima
Clorofilasa recombinante
terapéutica
* Joint venture con Prairie Plant Systems Inc.
107
108
SemBioSys Genetics Inc.
SemBioSys Genetics Inc.
SemBioSys Genetics Inc.
Icon Genetics
BASF Plant Science
Medicago
London Health Sciences
Noda Institute for Scientific Research
SemBioSys Genetics Inc.
Meristem Therapeutics
Pioneer Hi-Breed Intl.
MPB Cologne
Penn State Research Foundation
National Science Council
Applied Phytologics
Boyce Thompson Inst.
Products for topical applications comprising oil bodies
Products for topical applications comprising oil bodies
Oil bodies and associated proteins as affinity matrices
Processes and vectors for amplification or expression of nucleic acid sequences of interest in plants
Method for expression of biosynthetic genes in plant seeds using novel multiple expression
constructs
Method for regulating transcription of foreign genes
Methods and products for controlling the immune response of a mammal to glutamic acid
decarboxylase
Method for producing foreign polypeptide in plant intercellular fluid
Products for topical applications comprising oil bodies
Method for producing human haemoglobin proteins using plant cells
Methods of increasing polypeptide accumulation in plants
Method for carrying out the controlled post-harvest production of proteins in host
organisms
Quantitative transient protein expression in plant tissue culture
Application of alpha amylase gene promoter and a signal sequence in the production of
recombinant proteins in transgenic plants and transgenic plant seeds
Plant selectable marker and plant transformation method
Banana DNA associated with fruit development
US6599513
US6582710
US6509453
WO02088369
WO02057464
US6420548
US6388850
US6388068
US6372234
US6344600
WO0138508
WO0120974
US6288302
US6284956
US6284946
US2002108149
Icon Genetics
Commercial use of Arabidopsis for the production of human and animal therapeutic and diagnostic
proteins
WO03012035
Solicitante
Título de patente
Nº de patente
Métodos de transformación nuclear
Métodos de transformación nuclear
ANEXO V. Patentes
2001
2001
2001
2001
2001
2002
2002
2002
2002
2002
2002
2002
2002
2003
2003
2003
2003
Año
109
Applied Phytologics
Washington State Univ. Research
Foundation
Medicago
Univ. of California
Mogen Intl.141
Univ. of California
SemBioSys Genetics Inc.
Iowa State Univ.
Medicago
Univ. of California
Univ. of California
SemBioSys Genetics Inc.
SemBioSys Genetics Inc.
SemBioSys Genetics Inc.
Novartis
SemBioSys Genetics Inc.
Mogen Intl.
Mogen Intl.
Mogen Intl.
Production of mature proteins in plants
Production of secreted foreign polypeptides in plant cell culture
Promoter for regulating expression of foreign genes
Production of proteins in plant seeds
Recombinant DNA: transformed microorganisms, plant cells and plants: a process for introducing an inducible
property in plants, and a process for producing a polypeptide or protein by means of plants or plant cells
Process for protein production in plants
Preparation of heterologous proteins on oil bodies
Plant secretory signal peptides and nectarins
Protein production in transgenic alfalfa plants
Process for protein production in plants
Process for protein production in plants
Oil bodies and associated proteins as affinity matrices
Oil bodies as topical delivery vehicles for active agents
Oil body based personal care products
Recombinant production of proteins using 7B2 protein
Oil-body protein cis-elements as regulatory signals
Production of heterologous proteins in plants and plant cells
Production of heterologous proteins in plants and plant cells
Production of enzymes in seeds and their use
US6066781
US6020169
CA2385348
WO9916890
EP337532
US5994628
US5948682
US5939288
US5990385
US5889189
US5888789
US5856452
CA2353071
CA2290278
US5804417
US5792922
US5763748
US5716802
US5714474
Actualmente pertenece a Syngenta.
2000
SemBioSys Genetics Inc.
Uses of oil bodies
US6146645
141
2000
MPB Cologne
Fibrous proteins and their production
WO0008142
1998
1998
1998
1998
1998
1999
1999
1999
1999
1999
1999
1999
1999
1999
1999
1999
2000
2000
2000
2001
SemBioSys Genetics Inc.
Oil body based personal care products
US6183762
2001
Año
SemBioSys Genetics Inc.
Solicitante
Uses of oil bodies
Título de patente
US6210742
Nº de patente
Métodos de transformación nuclear
PLANTAS BIOFACTORÍA
110
1997
1996
1996
1995
Univ. of California
Virginia Tech Intellectual Properties
Washington Univ.
Virginia Tech Intellectual
Properties
SemBioSys Genetics Inc.
Mogen Intl.
The Rubber Research Inst of
Malaysia/ Univ. of Hertfordshire
Mogen Intl.
Plant Genetic Systems Inc.
The Rubber Research Inst of
Malaysia/ Univ. of Hertfordshire
National Science Council of ROC
Krebbers et al.
Process for protein production in plants
HMG2 promoter expression system
Producing commercially valuable polypeptides with genetically transformed endosperm tissue
HMG2 promoter expression system and post-harvest production of gene products in plants and
plant cell cultures
Oil-body proteins as carriers of high-value peptides in plants
Production of heterologous proteins in plants and plant cells
Method for the production of proteins in plant fluids
Production of enzymes in seeds and their use
Process for the production of biologically active peptide via the expression of modified storage seed
protein genes in transgenic plants
Method for the production of proteins in plant fluids
Gene expression system comprising the promoter region of the alpha amylase genes
Process for the production of biologically active peptide via the expression of modified storage seed
protein genes in transgenic plants
US5693506
US5689056
US5677474
US5670349
US5650554
US5650307
US5580768
US5543576
US5487991
EP598589
US5460952
CA1337048
1995
1995
1996
1997
1997
1997
1997
1997
1998
SemBioSys Genetics Inc.
Method for cleavage of fusion proteins
CA2286861
1998
Año
Univ. of California
Solicitante
Rice beta-glucanase enzymes and genes
Título de patente
CA2296008
Nº de patente
Métodos de transformación nuclear
2002
2002
2002
2002
2002
2002
2002
2001
2001
2001
2001
2001
2001
2000
2000
2000
Icon Genetics
Icon Genetics
Greenovation Biotech GmbH
Calgene
Rutgers Univ.
Syngenta
Rutgers Univ.
Auburn Univ.
Calgene
Icon Genetics
Calgene
Calgene
Rutgers Univ.
Monsanto
Novartis
Rutgers Univ.
Calgene
Processes and vectors for plastid transformation of higher plants
Processes and vectors for plastid transformation
Plastid transformation of Lycopersicon plants
Expression of herbicide tolerance genes in plant plastids
Nuclear-encoded transcriptional system in plastids of higher plants
ClpP plastid promoter sequence
DNA constructs and methods for stably transforming plastids of multicellular plants and
expressing recombinant proteins therein
Marker free transgenic plants engineering the chloroplast genome without the use of antibiotic
selection
Methods and vectors for site-specific recombination in plant cell plastids
Methods for transforming plant plastids and making transplastomic plants
Enhancer elements for increased translation in plant plastids
Enhanced expression of proteins
Editing-based selectable plastid marker genes
Bacterial expression system based on plastid or mitochondrial promoter combinations
Therapeutically active proteins in plants
Translation control elements for high-level protein expression in the plastids of higher plants and
ethods of use thereof
Expression of eukaryotic peptides in plant plastids
WO02057466
WO02055651
EP01245149
US6492578
US6472586
US6362398
US6338168
WO0129241
WO0170939
WO0121782
WO0104331
US6297054
US6218145
WO020612
WO007431
WO0003012
US6013860
Calgene
2003
Calgene
Expression of eukaryotic peptides in plant plastids
US6512162
Expression of enzymes involved in cellulose modification
2003
Calgene
Plastid transformation of Brassica
US6515206
US20020137214
2003
Auburn Univ.
Genetic engineering of plant chloroplasts
US6642053
2000
2002
2003
Año
Icon Genetics
Solicitante
Gene expression in plastids based on replicating vectors
Título de patente
WO03004658
Nº de patente
Métodos de transformación de cloroplastos e ingeniería de cloroplastos
Métodos de transformación de cloroplastos e ingeniería de cloroplastos
PLANTAS BIOFACTORÍA
111
112
1999
1999
1999
1999
1999
1998
1998
1997
1997
1996
1996
1996
1995
Auburn Univ.
Auburn Univ.
Calgene
Rutgers Univ.
Calgene
Rutgers Univ.
Novartis
Rutgers Univ.
Auburn Univ.
Calgene
Calgene
Calgene
Rutgers Univ.
Universal chloroplast integration and expression vectors, transformed plants and products thereof
Genetic engineering of plant chloroplasts
Controlled expression of transgenic constructs in plant plastids
DNA constructs and methods for stably transforming plastids of multicellular plants and
expressing recombinant proteins therein
Enhanced expression in a plant plastid
Plastid promoters for transgene expression in the plastids of higher plants
Transgenic plants expressing cellulolytic enzymes
Plastid transformation in Arabidopsis thaliana
Genetic engineering of plant chloroplasts
Controlled expression of transgenic constructs in plant plastids
Expression of Bacillus thuringiensis cry protein in plant plastids
Enhanced expression in a plant plastid
Method for stably transforming plastids of multicellular plants
US5932479
US5925806
US5877402
US586642
WO985559
WO9811235
WO9732977
US5693507
US5576198
US5545818
US5545817
US5451513
Año
WO199910513
Solicitante
Título de patente
Nº de patente
Métodos de transformación de cloroplastos e ingeniería de cloroplastos
2003
2003
2002
2002
2002
2001
2001
2001
2001
1998
1996
Prodigene Inc.
Icon Genetics
MPB Cologne
Large Scale Biology
Meristem Therapeutics
Prodigene Inc. /Genencor
Prodigene Inc.
Large Scale Biology
Prodigene Inc.
Univ. of Texas
Methods of commercial production and extraction of protein from seed
Using viruses to detect or purify proteins
Method for extracting proteins from plants in pure form
Method for recovering proteins from the interstitial fluid of plant tissues
Method for isolating and purifying and resulting protein
Method of increasing recovery of heterologous active enzymes produced in plants
Methods of producing recombinant proteins
Method for recovering proteins from the interstitial fluid of plant tissues
Methods of commercial production and extraction of protein from seed
Method of isolation and purification of fusion polypeptides
US6504085
WO02068927
WO0205922
US6441147
WO0198473
WO0196543
WO0121270
US6284875
WO9839461
US5532142
Año
Large Scale Biology Corp.
Solicitante
Method for recovering proteins from the interstitial fluid of plant tissues
Título de patente
US6617435
Nº de patente
Métodos purificación de productos
Métodos de purificación de productos
PLANTAS BIOFACTORÍA
113
114
2002
2002
2002
2002
2002
2002
2002
Medicago
Inst. of Molecular Agrobiology
Icon Genetics
Icon Genetics
Fujiyama et al.
Dow AgroSciences Inc.
Atabekov et al.
Rutgers Univ. /Phytomedics
Method of selecting plant promoters to control transgene expression
Reduction of transmission of transgenes in plants
Processes and vectors for producing transgenic plants
Amplification vectors based on trans-splicing
Method for secretory production of glycoprotein having human-type sugar chain using plant cell
Regulatory sequences useful for gene expression in plant embryo tissue
Methods for coexpression of more than one gene using at least one internal ribosome entry site
Materials and methods for amplifying and enhancing transcribing of polynucleotides in plants and
portions thereof
WO0236786
WO0216624
WO0210160
WO02097080
WO02057468
US6410828
US6376745
US6355860
2001
2001
2001
2001
2001
2001
2001
2001
2000
1999
1999
Prodigene Inc.
Applied Phytologics
MPB Cologne
Queensland Univ. of Technology
MPB Cologne
SemBioSys Genetics Inc.
Dow AgroSciences
MPB Cologne
Rutgers Univ. /Phytomedics
Applied Phytologics
Dow AgroSciences
Novel plant promoter sequences and methods of use for same
Plant transcription factors and enhanced gene expression
Expression vectors for concentrating a recombinantly produced protein in different cell compartments
A construct capable of release in closed circular form from a larger nucleotide sequence
permitting site specific expression and/or developmentally regulated expression of selected
genetic sequences
Inhibition of carbohydrate-modified enzymes in host organisms
Flax seed specific promoters
Methods and genetic compositions to limit -outcrossing and gene flow in crop plants
Expression system for anaerobic gene expression in higher plants
Materials and methods for amplifying polynucleotides in plants
Plant selectable marker and plant transformation method
Methods and genetic compositions to limit outcrossing and undesired gene flow in crop plants
WO0183792
WO0173085
WO0172996
WO0155434
WO0116340
EP1141350
US6194201
US6100092
WO9967406
CA2354195
2002
WO0194394
Methods and compositions to reduce or eliminate transmission of a transgene
2002
Icon Genetics
Process of producing environmentally safe transgenic organisms
WO02096192
US20020144305
2003
Rutgers Univ.
Phosphorus-controllable recombinant expression of polypeptides in plants
US6544789
2002
2003
Año
Atabekov et al.
Solicitante
Recombinant construct for enhancement of gene expression in plants
Título de patente
US6573427
Nº de patente
Otras tecnologías: promotores, marcadores, confinamiento, direccionamiento, etc.
Otras tecnologías
2001
2001
2001
Veterinary Infectious Disease
Organization (VIDO)
Large Scale Biology
Loma Linda Univ.
Henry M. Jackson Foundation
Recombinant subunit proteins from porcine parovirus produced in plants
Self antigen vaccines for treating B cell lymphomas and other cancers
Transgenic plant-based vaccines
Method of stimulating an immune response by administration of host organisms that express
intimin alone or as a fusion protein with one or more other antigens
WO0194392
WO0168682
WO0155169
US6261561
142
115
1996
Edible Vaccines Inc.
Prodigene Inc.
Vaccines produced and administered through edible plants
Vaccines expressed in plants
US5484719
WO9420135
Actualmente pertenece a Prodigene.
1997
Edible Vaccines Inc.142
Anti-viral vaccines expressed in plants
US5612487
1994
1997
1997
Washington Univ.
Washington Univ.
Oral immunization by transgenic plants
US5686079
Washington Univ.
1997
Biocem
Transgenic plants expressing rabies glycoprotein G, and glycoproteins thus obtained
WO9743428
Oral immunization by transgenic plants
1997
Agriculture and Agri-Food Canada
(AAFC)
Porcine reproductive and respiratory syndrome oral vaccine production in plants
CA2221843
Oral immunization by transgenic plants
1998
Agriculture and Agri-Food Canada
(AAFC)
Porcine reproductive and respiratory syndrome oral vaccine production in plants
CA2319141
US5679880
1999
Loma Linda Univ.
US5654184
1999
1999
Univ. of Guelph.
Porcine reproductive and respiratory syndrome oral vaccine production in plants
Expression of cholera toxin B subunit in transgenic plants and efficacy thereof in oral vaccines
2000
Thomas Jefferson Univ.
Polypeptides fused with alfalfa mosiac virus or ilarvirus capsid
US6042832
WO9937784
2000
Novartis
Therapeutically active proteins in plants
WO0020612
WO9918225
2001
2001
Texas A & M Univ.
Chinese Inst of Microbiology
Oral immunization with transgenic plants
Cholera vaccine prepared from transgenic carrot and its preparing process
US6194560
CN1286120
2001
2002
2001
Prodigene Inc.
US2002058312
SemBioSys Genetics Inc.
Plants and plant cells expressing histidine tagged intimin
US6406885
Expression cassettes and methods for delivery of animal vaccines
2002
Henry M. Jackson Foundation
Polypeptides fused with alfalfa mosiac virus or ilarvirus capsid
US6448070
The use of plant oil-bodies in vaccine delivery systems
2002
Thomas Jefferson Univ.
Recombinant vaccines against IBDV
WO0195934
2003
2003
Boyce Thompson Inst.
Meristem Therapeutics
Expression of immunogenic hepatitis B surface antigens in transgenic plants
Año
Solicitante
US6551820
Título de patente
US6528063
Nº de patente
Producción de vacunas
Producción de vacunas
PLANTAS BIOFACTORÍA
116
143
1999
1999
1999
1998
1997
1997
1997
1997
1996
1996
Epicyte Pharmaceutical Inc.
Scripts Research Inst.
Scripts Research Inst.
Epicyte Pharmaceutical Inc.
Scripts Research Inst.
Institute für Pflanzengenetik und
Kulturpflanzenforschung (IPK)
Scripps Research Inst.
Scripts Research Inst.
Planet Biotechnology
United Medical and Dental
Schools of Guy's/St. Thomas's
hospitals
Scripps Research Inst.
J-chain and analogues as epithelial cell targeting conjugates
Transgenic plants expressing assembled secretory antibodies
Transgenic plants expressing assembled secretory antibodies
Novel epithelial tissue targeting agent
Transgenic plants expressing assembled secretory antibodies
Cassettes for the expression of storable proteins in plants
Compositions containing glycopolypeptide multimers and methods of making same in plants
Transgenic plants expressing assembled secretory antibodies
Method for producing immunoglobulins containing protection proteins in plants and their use
Methods for producing immunoglobulins containing protection proteins in plants and their use
Compositions containing plant-produced glycopolypeptide multimers, multimeric proteins and
method of their use
WO9920310
EP946717
US5959177
WO9830592
WO9742313
WO972900
US5639947
CA2252454
WO9621012
CA2208783
US5202422
Actualmente pertenece a Biolex.
2000
1993
2000
Planet Biotechnology
Epicyte Pharmaceuticals
Method for producing immunoglobulins containing protection proteins in plants and their use
J chain polypeptide targeting molecule linked to an imaging agent
US6045774
2000
Monsanto
Method for producing antibodies in plant cells
US6080560
US6046037
2001
2000
Method for producing immunoglobulins containing protection proteins in plants and their use
US6303341
Monsanto
2001
Planet Biotechnology
J chain polypeptide targeting molecule linked to an imaging agent
US6391280
Epicyte Pharmaceuticals Inc.
2002
Epicyte Pharmaceuticals143
Cassettes for the expression of storable proteins in plants
US6403371
Epithelial cell targeting agents
2002
Institute für Pflanzengenetik und
Kulturpflanzenforschung (IPK)
Method for producing antibodies and protein toxins in plant cells
2002
Scripps Research Inst.
Transgenic plants expressing assembled secretory antibodies
US6417429
US6251392
2002
Icon Genetics
Production of proteins in plants
WO02101006
US6140075
2002
Año
SemBioSys Genetics
Solicitante
Methods for the production of multimeric proteins and related compositions
Título de patente
WO0250289
Nº de patente
Producción de anticuerpos
Producción de anticuerpos
1999
1999
Groupe Limagrain Holding
Wisconsin Alumni Research
Foundation
Method for producing, by plant cells, “-1-antitrypsin and its alleles, and products containing the
resulting “-1-antitrypsin
Transgenic plants as an alternative source of lignocellulosic-degrading enzymes
EP1051503
US5981835
1999
1999
Prodigene
Optimized nucleotide sequence encoding organophosphorus hydrolase and methods of use for same
WO9953037
Agriculture and Agri-Food Canada
(AAFC)
2000
Univ. of California
Value-added traits in grain and seed transformed with thioredoxin
CA2368744
Xylanase obtained from an anaerobic fungus
2000
US5948667
2000
Academia Sinica
Univ. of California
Protein production in transgenic plant seeds
Barley gene for thioredoxin and NADP-thioredoxin reductase
Mogen Intl.
Expression of phytase in plants
US6022846
CA2309342
2000
Prodigene Inc.
CA2368854
2000
2000
Applied Phytologics
Production of alpha 1-antitrypsin in plants
Commercial production of proteases in plants
US6127145
US6087558
2000
Agriculture and Agri-Food Canada
(AAFC)
Xylanase obtained from an anaerobic fungus
US6288304
US6137032
2001
SemBioSys Genetics Inc.
Expression of somatotropin in plant seeds
US6303766
2001
2001
Virginia Tech
Soybean phytase and nucleic acid encoding the same
WO0114571
2000
2001
SemBioSys Genetics Inc.
Commercial production of chymosin in plants
WO0177422
D. Exp Ind. Des Tabacs et Allum
2001
Meristem Therapeutics
Method for the manufacture of recombinant unhydroxylated collagen polypeptide fibres obtained
thereby
WO0194393
CropTech
2001
Institute für Pflanzengenetik und
Kulturpflanzenforschung (IPK)
Synthetic spider silk proteins and the expression thereof in transgenic plants
US20020162140
Production of recombinant allergens in plants
2002
Univ. of Arizona
Expression of recombinant human acetylcholinesterase in transgenic plants
US6380372
Production of urokinase in plant-based expression systems
2002
2002
Battelle Memorial Inst.
Univ. of California
Controlled environment agriculture bioreactor for heterologous protein production
Barley gene for thioredoxin and NADP-thioredoxin reductase
WO0208382
FR2809413
2003
Korea Inst of Science and
Technology
Tobacco for producing human insulin protein and its production
JP5041990
WO0000624
2003
Meristem Therapeutics
Año
Solicitante
Recombinant lactoferrin, methods of production from plants and uses
Título de patente
US6569831
Nº de patente
Producción de proteínas
Producción de proteínas
PLANTAS BIOFACTORÍA
117
118
1999
1998
1998
1998
1998
Loike et al.
Biocem
Meristem Therapeutics
Biocem
Prodigene Inc.
Mammalian alcohol dehydrogenase and aldehyde dehydrogenase production in plants
Recombinant lactoferrin, methods of production from plants and uses
Recombinant collagen and derived proteins produced by plants, methods for obtaining them and uses
Pancreatic lipases and/or recombinant colipases and derived polypeptides produced by plants,
methods for obtaining them and use thereof
Commercial production of avidin in plants
US5855881
WO9850543
WO9827202
WO9817807
1996
1996
1993
1992
Meristem Therapeutics
Korea Inst of Science and
technology
Korea Inst of Science and
Technology
DNA Plant Technology Corp.
Human interlukin-6 producing tobacco
Plant for producing IL-2
Ice crystal growth suppression polypeptides and method of making
WO9633277
KR9607190
KR9309562
US5118792
1997
Prodigene Inc.
Commercial production of aprotinin in plants
Mogen Intl.
Expression of phytase in plants
US5593963
Recombinant preduodenal lipases and polypeptide derivatives produced by plants, processes for
obtaining them and their uses
1997
Prodigene Inc.
CA2233538
1997
1997
Prodigene Inc.
Commercial production of beta-glucuronidase in plants
Commercial production of aprotinin in plants
1997
Prodigene Inc
Commercial production of avidin in plants
WO9717455
WO9717454
1998
Mogen Intl.
Expression of phytase in plants
US5770413
WO9717453
1998
1998
Prodigene Inc.
Prodigene Inc.
Commercial production of aprotinin in plants
Commercial production of B-glucuronidase in plants
EP859852
US5804694
EP862641
1999
Genencor
Cleaning compositions containing plant cell wall degrading enzymes and their use in cleaning
methods
US5872091
1999
Año
CropTech
Solicitante
Production of lysosomal enzymes in plant-based expression systems
Título de patente
US5929304
Nº de patente
Producción de proteínas
2001
2001
2001
2000
2000
2000
2000
2000
2000
2000
2000
1999
1999
1998
1998
Metabolix
Metabolix
Kosan Biosciences Inc.
Metabolix
Metabolix
Pioneer Hi-Breed Intl.
Pioneer Hi-Breed Intl.
Univ. of Minnesota
Monsanto
Pioneer Hi-Breed Intl.
Metabolix
Monsanto
Metabolix
Metabolix
Monsanto
Massachusetts Institute of
Technology (MIT)
Polyhydroxyalkanoate production from polyols
Polyhydroxyalkanoate biopolymer compositions
Production of polyketides in plants
Methods for purifying polyhydroxyalkanoates
Transgenic systems for the manufacture of poly(3-hydroxy-butyrate-co-3-hydroxyhexanoate
Plant cells and plants transformed with Streptococcus mutans gene encoding glucosyltransferase
C enzyme
Plant cells and plants transformed with Streptococcus mutans gene encoding glucosyltransferase
D enzymes
Polyhydroxyalkanoate synthesis in plants
Polyhydroxyalkanoates of narrow molecular weight distribution prepared in transgenic plants
Plant cells and plants transformed with Streptococcus mutans gene encoding glucosyltransferase
B enzymes
Methods for isolating polyhydroxyalkanoates from plants
Polyhydroxyalkanoates of narrow molecular weight distribution prepared in transgenic plants
Modification of fatty acid metabolism in plants
Biological systems for manufacture of polyhydroxyalkanoate polymers containing 4-hydroxyacids
Methods of optimizing substrate pools and biosynthesis of poly-B-hydroxybutyrate-co-poly-Bhydroxyvalerate in bacteria and plants
Method for producing polyester biopolymers
US6329183
US6323010
US6262340
WO0068409
WO0043523
US6127603
US6127602
US6103956
US6091002
US6087559
US6083729
US6228623
WO9945122
WO9914313
WO9800557
EP482077
2002
Monsanto
DNA sequence useful for the production of polyhydroxyalkanoates
USRE37543
2000
2002
2002
Univ. Laval /AAFC
Pioneer Hi-Breed Intl.
Method for producing polyhydroxyalkanoates in recombinant organisms
Polyhydroxyalkanoate synthase genes
2002
Metabolix
Production of medium chain length polyhydroxyalkanoates from fatty acid biosynthetic pathways
WO0240690
US6475734
2003
Metabolix
Modification of fatty acid metabolism in plants
US6586658
US6492134
2003
Año
Riken
Solicitante
Methods for transformation of plants, transformed plants and processes for preparation of polyesters
Título de patente
US6620601
Nº de patente
Ingeniería metabólica: producción de bioplásticos
Ingeniería metabólica: producción de bioplásticos
PLANTAS BIOFACTORÍA
119
120
1998
1998
1997
1997
1996
1996
1996
1995
1995
1993
1993
1993
1993
1992
Monsanto
Massachusetts Institute of
Technology (MIT)
Massachusetts Institute of
Technology (MIT)
Massachusetts Institute of
Technology (MIT)
Massachusetts Institute of
Technology (MIT)
Massachusetts Institute of
Technology (MIT)
Michigan State Univ.
Massachusetts Institute of
Technology (MIT)
Michigan State Univ.
Massachusetts Institute of
Technology (MIT)
Massachusetts Institute of
Technology (MIT)
Massachusetts Institute of
Technology (MIT)
Zeneca
DNA sequence useful for the production of polyhydroxyalkanoates
Method for producing polyester biopolymers
Gene encoding bacterial beta-ketothiolase
Polyhydroxybutyrate polymerase
Gene encoding bacterial acetoacetyl-CoA reductase
Overproduction and purification of soluable PHA synthase
Processes for producing polyhydroxybutyrate and related polyhydroxyalkanoates in the plastids of
higher plants
Polysaccharide based biodegradable thermoplastic materials
Transgenic plants producing polyhydroxyalkanoates
Polyhydroxyalkanoate polymerase
Method for producing novel polyester biopolymers
Method for producing novel polyester biopolymers
Production of polyhydroxy alkanoate in plants
US5750848
US5663063
US5661026
US5534432
US5512669
US5480794
WO9505472
US5459258
WO9302187
US5250430
US5245023
US5229279
WO9219747
Año
Massachusetts Institute of
Technology (MIT)
Solicitante
Gene encoding bacterial acetoacetyl-CoA reductase
Título de patente
US5798235
Nº de patente
Ingeniería metabólica: producción de bioplásticos
145
144
2001
2001
2001
2000
2000
2000
1999
1999
1999
1998
Institute für Pflanzengenetik und
Kulturpflanzenforschung (IPK)
Washington State Univ.
KWS Saat AG.
Hindustan Lever Ltd
Stichting Scheikundig Onerzoek
Washington State Univ.
Washington State Univ.
Tiense Suikerraffinderrij
Hindustan Lever Ltd
Washington State Univ.
Pioneer Hi-Breed Intl.
Amoco Corp
Amoco Corp
Production of non-cariogenic sugars in transgenic plants
Transacylases of the paclitaxel biosynthetic pathway
Process for producing inulin-generating plants
Methods and composition for modulating flavonoid content
Production of oligosaccharides in transgenic plants
Compositions and methods for taxol biosynthesis
Nucleic acids encoding Taxus geranylgeranyl disphosphate synthase, and methods of use
Transgenic plants presenting a modified inulin producing profile
Methods and composition for modulating flavonoid content
Compositions and methods for taxol biosynthesis
Cellulose synthesis in the storage tissue of transgenic plants
Method and composition for increasing sterol accumulation in higher plants
Method and composition for increasing sterol accumulation in higher plants
WO0159136
US6287835
US6255562
WO004175
US6147280
US6114160
US6043072
WO9954480
WO9937794
US5994114
US5723764
US5365017
US5306862
Adquirida por Unilever.
Adquirida por BP.
2002
Univ of Calif./
Washington State Univ.
Germacrene C synthase gene of Lycopersicon esculentum
US6342380
145
2002
Washington State Univ.
Monoterpene synthases from grand fir (Abies grandis)
US6429014
1994
1994
2000
2002
Washington State Univ.
Sesquiterpene synthases from grand fir (Abies grandis), and methods of use
US6451576
144
2003
Año
Calgene
Solicitante
Glycogen biosynthetic enzymes in plants
Título de patente
US6538181
Nº de patente
Ingeniería metabólica: otras rutas metabólicas
Ingeniería metabólica: otras rutas metabólicas
PLANTAS BIOFACTORÍA
121
11. Referencias
• Arcand, F.; Arnison, P. (2004). Development of
• Elbers, I. J.W.; Stoopen, G.M.; Bakker, H.;
Novel Protein-Production Systems and Economic
Stevens, L.H.; Bardor, M.; Molthoff, J.W.;
Opportunities & Regulatory Challenges for Canada.
Jordi, W.J.R.M.; Bosch, D.; Lommen, A. (2001).
www.plantpharma.org/documents/NPPS_040412.pdf
Influence of Growth Conditions and
Developmental Stage on N-Glycan Heterogeneity
• Bae, J-L.; Lee, J-G.; Kang, T-J.; Jang, H-S.;
of Transgenic Immunoglobulin G and
Jang, Y-S.; Yang, M-S. (2003). Induction of
Endogenous Proteins in Tobacco Leaves. Plant
antigen-specific systemic and mucosal immune
Physiology, 126, 1314-1322.
responses by feeding animals transgenic plants
expressing the antigen. Vaccine, 21, 4052-4058.
• Fernández-San Millán, A.; Mingo-Castel, A.;
Miller, M, Daniell, H. (2003). A chloroplast
• Bailey, M. R.; Woodard, S. L.; Callaway, E.;
transgenic approach to hyper-express and purify
Beifuss, K.; Lundback, M. M.; Lane, J. R.; Horn,
Human Serum Albumin, a protein highly
M. E.; Mallubhotla, H.; Delaney, D.D.; Ward, M.;
susceptible to proteolytic degradation. Plant
Van Gastel, F.; Howard, J.A.; E. E. Hood, E. E.
Biotechnology Journal, 1, 71-79.
(2004). Improved recovery of active
recombinant laccase from maize seed. Applied
Microbiology and Biotechnology, 63, 390-397.
• Fischer, R.; Stoger, E.; Schillberg, S.;
Christou, P.; Twyman, R. M. (2004) Plant-based
production of biopharmaceuticals. Current
• Biesgen, C.; Hillebrand, H.; Herbers, K. (2002).
Opinion in Plant Biology, 7, 152-158.
Technical enzymes produced in transgenic
plants. Phytochemistry Reviews, 1, 79-85.
• Fischer, R.; Twyman, R. M.; Schillberg, S.
(2003). Production of antibodies in plants and
• Bradley, M. P.; Eade, J.; Penhale, J.; Bird, P.
their use for global health. Vaccine 21, 820-825.
(1999). Vaccines for fertility regulation of wild
and domestic species. Journal of Biotechnology,
73, 91-101.
• Fischer, R.; Vaquero-Martin, C.; Sack, M.;
Drossard, J.; Emans, N.; Commandeur, U.
(1999). Towards molecular farming in the
• Capell, T.; Claparols, I.; Del Duca, S.; Bassie, L.;
future: transient protein expression in plants.
Miro, B.; Rodriguez-Montesinos, J.; Christou, P.;
Biotechnology and Applied Biochemistry, 30,
Serafini-Fracassini, D. (2004). Producing
113-116.
transglutaminases by molecular farming in
plants. Amino Acids, 26, 419-423.
• Forkmann, G.; Martens, S. (2001). Metabolic
engineering and applications of flavonoids.
• Capell, T.; Christou, P. (2004). Progress in plant
Current Opinion in Biotechnology, 12, 155-160.
metabolic engineering. Current Opinion in
Biotechnology, 15,148-154.
• Giddings, G. (2001). Transgenic plants as
protein factories. Current Opinion in
• Comité Asesor de Ética en la Investigación
Biotechnology, 12, 450–454.
Científica y Técnica (2004). Informe sobre OMGs
en la agricultura y la alimentación. Fundación
Española para la Ciencia y la Tecnología.
• Gomord, V.; Faye, L. (2004). Posttranslational
modification of therapeutic proteins in plants.
Current Opinion in Plant Biotechnology, 7,
• Daniell, H.; Khan, M. S.; Alison. L. (2002).
171-181.
Milestones in chloroplast genetic engineering: an
environmentally friendly era in biotechnology.
Trends Plant Science, 7, 84-91.
• Gomord, V.; Sourrouielle, C.; Fitchette, A-C.;
Bardor, M.; Pagny, S.; Lerouge, P.; Faye, L. (2004).
Production and glycosilation of plant-made
• Daniell, H.; Streatfield, S. J.; Wycoff, K. (2001).
Medical molecular farming: production of
pharmaceuticals: the antibodies as a challenge.
Plant Biotechnology Journal, 2, 83-100.
antibodies, biopharmaceuticals and edible
vaccines in plants. Trends in Plant Science, 6,
219-226.
122
• Heifetz, P. B. (2000). Genetic engineering of the
chloroplast. Biochimie, 82, 655-666.
PLANTAS BIOFACTORÍA
• Heifetz, P. B.; Tuttle, A. M. (2001). Protein
expression in plastids. Current Opinion in Plant
fusion gene expression in transgenic potato.
Protein Expression and Purification, 37, 196-202.
Biology, 4, 157–161.
• Komarnytsky, S.; Borisjuk, N. V.; Borisjuk, L. G.;
• Horn, M. E.; Woodard, S. L.; Howard, J. A.
Alam, M. Z.; Raskin, I. (2000). Production of
(2004). Plant molecular farming: systems and
Recombinant Proteins in Tobacco Guttation Fluid.
products. Plant Cell Reports, 22, 711-720.
Plant Physiology, 124, 927-933.
• Huot, M-F. (2003). Plant Molecular Farming:
Issues and Challenges for Canadian Regulators.
Option Consommateurs.
• Koprowski, H.; Yusibov, V. (2001). The green
revolution: plants as heterologous expression
vectors. Vaccine, 19, 2735–2741.
• Jiang, L.; Sun, S-M (2002). Membrane anchors
for vacuolar targeting: application in plant
• Lessard, P.A.; Kulaveerasingam, H.; York, G.M.;
bioreactors. Trends in Biotechnology, 20,
Strong, A.; Sinskey, A.J. (2002). Manipulating
99-102.
gene expression for the metabolic engineering of
plants. Metabolic Engineering, 4, 67-79.
• Ji-Yong Zhou, Li-Qin Cheng, Xiao-Juan Zheng,
Jian-Xiang Wu, Shao-Bin Shang, Jin-Yong Wang
• Ma, J. K.; Drake, P.M.; Christou, P. (2003). The
and Ji-Gang Chen (2004). Generation of the
Production of Recombinant Pharmaceultical
transgenic potato expressing full-length spike
Proteins in Plants. Nature, 4, 794-805.
protein of infectious bronchitis virus. Journal of
Biotechnology, 111, 121-130.
• Ma, S.; Huang, Y.; Yin, Z.; Menassa, R.; Brandle,
J.E.; Jevnikar, A.M. (2004). Induction of oral
• Jobling, S. (2004). Improving starch for food
tolerance to prevent diabetes with transgenic
and industrial applications. Current Opinion in
plants requires glutamic acid decarboxylase
Plant Biology, 7, 210-218.
(GAD) and IL-4, human GAD65.
PNAS, 101, 5680-5685.
• Kapusta, J.; Modelska, A.; Figlerowicz, M.;
Pniewski, T.; Letellier, M.; Lisowa, O.;
Yusibov, V.; Koprowski, H.; Plucienniczak, A.;
Legocki, A. B. (1999). A plant-derived edible
• Maliga, P. (2002). Engineering the plastid
genome of higher plants. Current Opinion in
Plant Biology, 5, 164-172.
vaccine against hepatitis B virus. The FASEB
Journal, 13, 1796-1799.
• Kang, T-J.; Kang, K-H.; Kim, J-A.; Kwon, T-H.;
Jang, Y-S, Yang, M-S. (2004). High-level
expression of the neutralizing epitope of porcine
epidemic diarrhea virus by a tobacco mosaic
• Mason, H. S.; Warzecha, H.; Mor, T.;
Arntzen, C. J. (2002). Edible plant vaccines:
applications for prophylactic and therapeutic
molecular medicine. TRENDS in Molecular
Medicine, 8, 324-329.
virus-based vector. Protein Expression and
Purification, 38, 129-135.
• McCormic, A.A.; Reinl, S. J.; Cameron, T. I.;
Vojdani, F.; Fronefield, M.; Levy, R.; Tusé, D.
• Khandelwal. A.; Renukaradhya, G. J.;
(2003). Individualized human scFv vaccines
Rajasekhar, M.; Sita, G. L.; Shaila, M. S. (2004).
produced in plants: humoral anti-idiotype
Systemic and oral immunogenicity of
responses in vaccinated mice confirm relevance
hemagglutinin protein of rinderpest virus
to the tumor Ig. Journal of Immunological
expressed by transgenic peanut plants in a
Methods, 278, 95-104.
mouse model.Virology, 323, 284-291.
• Mckeon, T. A. (2003). Genetically modified crops
• Khandelwal, A.; Sita, G. L.; Shaila, M. S. (2003).
for industrial products and processes and their
Expression of hemagglutinin protein of
effects on human health. Trends in Food Science
rinderpest virus in transgenic tobacco and
& Technology, 14, 229-241.
immunogenicity of plant-derived protein in a
mouse model.Virology, 308, 207-215.
• Mokrzycki-Issartel, N, Bouchon, B.; Farrer, S.;
Berland, P.; Laparra, H, Madelmont, J-C.;
• Kim, T-G.; Gruber, A.; Langridge, W. H. R.
(2004). HIV-1 gp120 V3 cholera toxin B subunit
Theisen, M. (2003). A transient tobacco
expression system coupled to MALDI-TOF-MS
123
allows validation of the impact of differential
targeting on structure and activity of a
recombinant therapeutic glycoprotein produced
in plants. FEBS Letters, 552, 170-176.
• Rishi, A. S.; Nelson, N.D.; Goyal, A. (2001).
Molecular Farming in Plants: A Current
Perspective. Journal of Plant Biochemistry &
Biotechnology, 10, 1-12.
• Molina, A.; Hervás-Stubbs, S.; Daniell, H.;
Mingo-Castel, A. M.; Veramendi, J. (2004). Highyield expression of a viral peptide animal vaccine
in transgenic tobacco chloroplasts. Plant
Biotechnology Journal, 2, 141-153.
• Sala, F.; Rigano, M.M.; Barbante, A.; Basso, B.;
Walmsley, A.M.; Castiglione, S. (2003). Vaccine
antigen production in transgenic plants:
strategies, gene constructs and perspectives.
Vaccine, 21, 803-808.
• Nandi, S.; Suzuki, Y. A.; Huang, J.; Yalda, D.;
Pham, P.; Wu, L.; Bartley, G.; Huang, N.;
Lönnerdal, B. (2002). Expression of human
lactoferrin in transgenic rice grains for the
application in infant formula. Plant Science, 163,
713-722.
• Schillberg, S.; Fischer, R.; Emans, N. (2003).
“Molecular farming” of antibodies in plants.
Naturwissenschaften, 90, 145-155.
• Nikolov, Z. L.; Woodard, S. L. (2004)
Downstream processing of recombinant proteins
from transgenic feedstock. Current Opinion in
Biotechnology, 15, 479-486.
• Ohya, K.; Itchoda, N.; Ohashi, K.; Onuma, M.;
Sugimoto, C.; Matsumura, T. (2002). Expression
of biologically active human tumor necrosis
factor-alpha in transgenic potato plant. Journal of
Interferon and Cytokine Research, 22, 371-378.
• Padidam M. (2003). Chemically regulated gene
expression in plants. Current Opinion in Plant
Biology, 6, 169-177.
• Peña, L.; and Séguin, A. (2001). Recent
advances in the genetic transformation of
trees.Trends in Biotechnology, 19, 500-506.
• Perez-Filgueira, D. M.; Brayfield, B. P.; Phiri, S.;
Borca, M. V.; Wood, C.; Morris, T. J. (2004).
Preserved antigenicity of HIV-1 p24 produced and
purified in high yields from plants inoculated with
a tobacco mosaic virus (TMV)-derived vector.
Journal of Virological Methods, 121, 201-208.
• Pérez-Filgueira, D. M.; Zamorano, P. I.;
Domınguez, M. G.; Taboga, O. A.; del Médico
Zajac, M. P.; Puntel, M.; Romera, S.A.; Morris,
T.J.; Borca, M.V.; Sadir, A.M.; (2003). Bovine
Herpes Virus gD protein produced in plants using
a recombinant tobacco mosaic virus (TMV)
vector possesses authentic antigenicity. Vaccine,
21, 4201-4209.
• Reddy, C. S. K.; Rashmi, R. G.; Kalia, V. C.
(2003). Polyhydroxyalkanoates: an overview.
Bioresource Technology, 87, 137-146.
124
• Staub, J. M.; Garcia, B.; Graves J.;
Hajdukiewicz, P.; Hunter, P.; Nehra, N.;
Paradkar, V.; Schlittler, M.; Carroll, J. A.;
Spatola, L.; Ward, D.; Ye, G.; Russell, D. A.
(2000). High-yield production of a human
therapeutic protein in tobacco chloroplasts.
Nature Biotechnology, 18, 333-338.
• Stoger, E.; Sack, M.; Fischer, R.; Christou, P.
(2002). Plantibodies: applications, advantages
and bottlenecks. Current Opinion in
Biotechnology, 13, 161-166.
• Streatfield, S. J.; Howard, J. A. (2003).
Plant-based vaccines. International Journal for
Parasitology, 33, 479-493.
• Sussman, H. E. (2003). Spinach makes a safer
anthrax vaccine. Drug Discovery Today, 8,
428-430.
• Thelen, J. J.; Ohlrogge, J. B. (2002). Metabolic
Engineering of Fatty Acid Biosynthesis in Plants.
Metabolic Engineering, 4, 12–21.
• Tregoning, J.; Maliga, P.; Dougan, G.; Nixon, P.
J. (2004). New advances in the production of
edible plant vaccines: chloroplast expression of a
tetanus vaccine antigen, TetC. Phytochemistry,
65, 989-994.
• Trethewey, R. N. (2004). Metabolite profiling as
an aid to metabolic engineering in plants.
Current Opinion in Plant Biology, 7, 196-201.
• Tucker, G. (2003). Nutritional enhancement of
plants. Current Opinion in Biotechnology, 14,
21-225.
• Twyman, R. M.; Stoger, E.; Schillberg, S.;
Christou, P.; Fischer, R. (2003) Molecular
PLANTAS BIOFACTORÍA
farming in plants: host systems and expression
technology. Trends in Biotechnology, 21, 570578.
• Van Rooijen, G.J, Moloney, MM. (1995). Plant
seed oil-bodies as carriers for foreign proteins.
Biotechnology, 13, 72-77.
• Vaquero, C.; Sack, M. Schuster, F.; Finnern, R.;
Drossard, J.; Schumann, D.; Reimann, A.;
Fischer, R. (2002). A carcinoembryonic antigenspecific diabody produced in tobacco. The FASEB
Journal, 16, 408-410.
• Verch, T.; Hooper, DC.; Kiyatkin, A.; Steplewski,
Z.; Koprowski, H. (2004). Immunization with a
plant-produced colorectal cancer antigen. Cancer
Immunology, Immunotherapy, 53, 92-99.
• Verpoorte, S. R.; Memelink, J. (2002).
Engineering secondary metabolite production in
plant. Current Opinion in Biotechnology, 13,
181-187.
• Voinnet, O.; Rivas, S.; Mestre, P. and
Baulcombe.D. (2003). An enhanced transient
expression system in plants based on
suppression of gene silencing by the p19 protein
of tomato bushy stunt virus. The Plant Journal,
33, 949-956.
• Wagner, B.; Hufnagl, K.; Radauer, C.; Wagner,
S.; Baier, K.; Scheiner, O.; Wiedermann, U.;
Breiteneder, H. (2004). Expression of the B
subunit of the heat-labile enterotoxin of
Escherichia coli in tobacco mosaic virus-infected
Nicotiana benthamiana plants and its
characterization as mucosal immunogen and
adjuvant. Journal of Immunological Methods,
287, 203-215.
• Wróbel, M.; Zebrowski, J.; Szopa, J. (2004).
Polyhydroxybutyrate synthesis in transgenic flax.
Journal of Biotechnology, 107, 41-54.
• Wu, Y-Z.; Li, J-T.; Mou, Z-R.; Fei, L.; Ni, B.;
Geng, M.; Jia, Z-C.; Zhou, W.; Zou, L-Y.; Yan
Tang, Y. (2003). Oral immunization with
rotavirus VP7 expressed in transgenic potatoes
induced high titers of mucosal neutralizing IgA.
Virology, 313, 337-342.
• Yoshida, K.; Matsui, T.; Shinmyo, A. (2004). The
plant vesicular transport engineering for
production of useful recombinant proteins.
Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, 28,
167-171.
• Yoshida, K.; Shinmyo, A. (2000). Transgene
expression systems in plant, a natural
bioreactor. Journal of Bioscience and
Bioengineering, 90, 353-3.
• Wagner, B.; Fuchs, H.; Adhami, F.; Ma, Y.;
Scheiner, O.; Breiteneder, H. (2004). Plant virus
expression systems for transient production of
recombinant allergens in Nicotiana benthamiana.
Methods, 32,227-234.
125
12. Lista de abreviaturas
126
ADN
Ácido desoxirribonucleico.
AGE
Administración General del Estado.
AMV
Virus del mosaico de la alfalfa.
APHIS
Animal and Plant Health Inspection Service.
ARN
Ácido ribonucleico.
BIO
Biotechnology Industry Organization.
CACCP
Análisis de contención y puntos de control crítico.
CICYT
Comisión Interministerial de Ciencia y Tecnología.
CMV
Virus del mosaico del caupí.
EMEA
European Medicines Agency.
FECYT
Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología.
FDA
Food and Drug Administration.
HMGR2
Hidroxil-3-metilglutaril Coenzima A reductasa 2.
Ig
Inmunoglobulina.
MARS
Matrix attachment regions.
mRNA
ARN mensajero.
NFPA
United States National Food Processing Association.
OMG
Organismo modificado genéticamente.
PHA
Polihidroxilalcanoato.
PHB
Poli (3-hidroxibutirato).
PPP
Potyvirus de la viruela del ciruelo.
PST
Proteína soluble total.
PVX
Virus X de la patata.
RE
Retículo endoplásmico.
TBSV
Virus del enanismo ramificado del tomate.
TMV
Virus del mosaico del tabaco.
TuMV
Potyvirus del mosaico del nabo.
USDA
United States Department of Agriculture.
PLANTAS BIOFACTORÍA
13. Glosario
• Agrobacterium tumefaciens: Bacteria
patógena de plantas capaz de insertar en éstas
una parte de su material genético a través de
heridas. Esta capacidad se aprovecha para
introducir genes en plantas, sustituyendo
algunos de los genes que contiene la bacteria
por los genes de interés.
• Alérgeno: Sustancia capaz de desencadenar
una respuesta inmune en determinados
organismos.
• Anticuerpo: Proteína sintetizada por el sistema
inmunológico como respuesta a la presencia de
una sustancia extraña, a la que se une de
manera selectiva.
• Antígeno: Sustancia capaz de desencadenar la
producción de anticuerpos por el sistema
inmunológico.
• Aparato de Golgi: Compartimento celular
implicado en la glicosilación y direccionamiento
de proteínas, formado por un conjunto de
vesículas y sacos aplanados limitados por
membranas.
• Apoplasto: Espacio que existe entre la pared
celular y la membrana plasmática en la célula
vegetal.
• Ácido ribonucleico mensajero (mRNA):
Molécula de ARN transcrita a partir de una
molécula de ADN, que puede ser traducida a una
cadena polipéptidica cuya secuencia de
aminoácidos viene codificada en su secuencia.
• Cultivo hidropónico: Sistema de cultivo de
plantas en el que el suministro de los nutrientes
se realiza a través de una disolución embebida
en un sustrato inerte.
• Efectos de posición: Variaciones en los niveles
de expresión de un transgén debidos al lugar de
inserción del mismo en el genoma de la planta.
• Efectos epigenéticos: Modificaciones no
mutacionales, generalmente no heredables y de
carácter no permanente.
• Electroporación: Aplicación de pulsos eléctricos
de elevado voltaje que inducen la formación de
poros reversibles en la membrana de
protoplastos u otras células, a través de los
cuales puede introducirse material genético en la
célula.
• Epítopo: Cualquier estructura o secuencia que
es reconocida por un anticuerpo. También
denominado determinante antigénico.
• Expresión transitoria: Expresión de genes
foráneos sin necesidad de que se produzca
integración de estos genes en el genoma de la
célula transformada.
• Glicosilación: Adición covalente de moléculas
de azúcares denominadas glicanos a
determinados aminoácidos de cadenas
polipeptídicas.
• Hirudina: Anticoagulante natural obtenido a
partir de la sanguijuela.
• Autenticidad estructural: Característica de la
proteína recombinante por la que su estructura
es idéntica a la de la proteína nativa,
conservando su función biológica.
• Intrón: Fragmento de ADN de los genes de
eucariotas que se transcribe a ARN y es
eliminado durante la maduración del mRNA, por
lo que no se traduce a proteínas.
• Citosol: Porción fluida del citoplasma.
• Lignina: Molécula orgánica compleja que
imparte rigidez y fortaleza a las paredes
secundarias de la célula vegetal.
• Cloroplasto: Orgánulo subcelular característico
de las células vegetales en cuyo interior se
realiza la fotosíntesis, que contiene su propio
material genético.
• Confinamiento: Se refiere a las medidas de
tipo agronómico o biológico que se utilizan con
el fin de limitar el contacto de un organismo
cuyo material genético ha sido modificado con la
población y el medio ambiente.
• Lipofílico: Que presenta afinidad por las grasas.
• Micotoxina: Sustancia tóxica producida por
hongos que tiene efectos negativos agudos y/o
crónicos sobre la salud de los animales y de los
seres humanos. Varias de ellas están clasificadas
como carcinógenos o posibles carcinógenos para
los seres humanos.
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• Micropropagación: Multiplicación in vitro y/o
regeneración de materiales vegetales en
condiciones asépticas en medios de cultivo que
contienen los nutrientes esenciales para el
crecimiento.
• Modificaciones postraduccionales: Conjunto
de modificaciones que pueden producirse en las
proteínas una vez sintetizadas, encaminadas a
que adquieran una configuración adecuada.
• Neutropenia: Déficit anormal de células
neutrófilas en la sangre como consecuencia del
cual las personas afectadas son más
susceptibles a infecciones.
• Oleosinas: Proteínas lipofílicas implicadas en la
formación de estructuras de almacén de lípidos.
• Oligosacárido: Hidrato de carbono formado por
la unión de entre dos y diez monosacáridos.
• Operón policistrónico: Conjunto de genes
controlados por un único promotor que se
transcriben en un único mRNA.
• Péptido señal: Secuencia de 15 a 30
aminoácidos situada en el extremo amino
terminal de una proteína que contiene
información acerca del destino final de la
proteína en la célula.
• Plantas transplastómicas: Plantas
transgénicas en las que el gen foráneo se ha
insertado en el material genético de los
cloroplastos en lugar de en el núcleo celular.
• Plásmido Ti: Molécula de ADN circular de la
bacteria Agrobacterium tumefaciens que
contiene los genes responsables de la inducción
de tumores en plantas. Se utiliza como vector
para introducir ADN foráneo en plantas.
• Plastoma: Material genético de los cloroplastos.
• Prión: Agente infeccioso responsable de varias
enfermedades neurodegenerativas en los
mamíferos entre las que se encuentra la
encefalopatía espongiforme bovina o “mal de las
vacas locas”.
• Promotor: Secuencia de ADN adyacente al gen
necesaria para que éste sea transcrito a ARN.
También denominado secuencia promotora.
• Proteína recombinante: Proteína cuya
secuencia de aminoácidos está codificada por un
gen clonado.
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• Proteína foránea: Proteína procedente de otro
organismo.
• Protoplasto: Célula a la que se ha eliminado la
pared celular mediante procesos químicos o
enzimáticos. En suspensión son capaces de
incorporar de manera natural fragmentos de
ADN que se encuentren en el medio.
• Recombinación homóloga: Proceso por el cual
se pueden intercambiar fragmentos entre dos
moléculas de ADN a través de secuencias
idénticas de nucleótidos.
• Retículo endoplásmico: Sistema membranoso
formado por una red de sáculos o cisternas
aplanados y vesículas que se encuentra en el
citoplasma celular. Interviene en la síntesis y el
transporte de proteínas.
• Secuencia líder: Secuencia que aparece en el
mRNA en el extremo 5’ que no es traducida a
proteínas.
• Secuencias oncogénicas: Secuencias que
codifican genes que estimulan la reproducción
celular provocando crecimientos incontrolados
que causan la formación de tumores.
• Silenciamiento: Conjunto de fenómenos que
pueden inhibir la expresión de los transgenes
insertados en una planta.
• Somatotropina: Hormona secretada por
mamíferos que estimula la síntesis de proteínas
y el crecimiento de los huesos largos en piernas
y brazos. También denominada hormona de
crecimiento.
• Traducción: Proceso mediante el cual se
produce la síntesis de polipéptidos a partir de un
mRNA que codifica la secuencia de aminoácidos
de los mismos.
• Transcripción: Proceso mediante el cual se
forma una molécula de mRNA a partir de un
molde de ADN.
• Transgén: Gen procedente de un organismo
que se ha incorporado en el genoma de otro.
• Vacuna: Preparación de un organismo patógeno
muerto o atenuado, o de determinantes
antigénicos derivados, capaz de inducir una
respuesta inmune duradera y protectora contra
ese patógeno.
• Vacuna atenuada: Vacuna producida a partir
de un organismo patógeno vivo que ha sido
PLANTAS BIOFACTORÍA
modificado para obtener una forma menos
virulenta.
• Vacuna de subunidades: Vacuna elaborada a
partir de proteínas u otras moléculas
procedentes de un organismo patógeno, capaces
de inducir una respuesta inmune. Estas
moléculas pueden obtenerse mediante
purificación a partir del organismo patógeno o
pueden sintetizarse artificialmente.
• Vacuna inactivada: Vacuna elaborada a partir
de organismos patógenos completos tratados
para eliminar su capacidad infectiva.
• Vacuola: Estructura muy abundante en células
vegetales, que consiste en una cavidad rodeada
de una membrana en la que se acumulan
distintos productos.
• Variación somaclonal: Cambios genéticos o
epigenéticos que aparecen de forma espontánea
en el cultivo in vitro de tejidos.
• Vector: Vehículo de transferencia de un gen
foráneo a un organismo hospedador, que
contiene todos los elementos necesarios para su
expresión. Suelen ser virus o plásmidos
modificados por ingeniería genética.
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