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la comida para llevar

Las proteínas de coronavirus purificadas son importantes para la investigación de coronavirus, la fabricación de vacunas y las pruebas de inmunidad en los sueros de los pacientes. Pero las proteínas virales escasean, por lo que los científicos de plantas de CSHL se están uniendo a un esfuerzo internacional para producirlas de manera rápida y económica.

Cuando se le pidió a Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) que ayudara a producir reactivos (proteínas de coronavirus) necesarios para la investigación de COVID-19, los biólogos de plantas del laboratorio idearon un plan: Produzcamos las proteínas solicitadas de manera económica, rápida y en grandes cantidades. en tabaco y lenteja de agua.

El profesor de CSHL, David Jackson, dijo que para los investigadores de plantas, todo comenzó a principios de abril de 2020, cuando “David Ho, un famoso virólogo de la Universidad de Columbia, se puso en contacto con algunas personas en Cold Spring Harbor para solicitarles que hicieran proteínas codificadas por el coronavirus. Quiere tener estas proteínas para desarrollar pruebas de diagnóstico, como pruebas de anticuerpos séricos y solo para realizar investigaciones básicas sobre qué tipo de anticuerpos producen los pacientes cuando están infectados con coronavirus”.

Exponer una hoja de tabaco a bacterias que contienen un vector que hace que la planta produzca proteínas de nucleocápsida de coronavirus. Foto tomada en el laboratorio de Pedmale en la primavera de 2020.

El esfuerzo de David Ho está atrayendo mucho la atención de científicos, patrocinadores (incluido el magnate tecnológico chino Jack Ma) y la prensa. Varios laboratorios de biología y genética del cáncer del CSHL se pusieron a trabajar de inmediato. Pero es difícil cultivar suficientes proteínas para el trabajo planeado de Ho usando métodos tradicionales. El profesor asistente de CSHL, Ullas Pedmale, estaba hablando con su esposa, Priya Sridevi, quien está coordinando los proyectos de investigación de COVID-19 de CSHL, sobre los profesores de CSHL que producen las proteínas para Ho cuando se dio cuenta de que "el tabaco sería un buen sistema para hacer esto de manera económica".

Jackson tuvo un pensamiento similar: "Así que estaba en una reunión de profesores donde estaban discutiendo esto e inmediatamente me vino a la mente que las personas usan plantas para expresar proteínas en niveles altos".

En su investigación previa a la COVID-19, Pedmale y Jackson trabajaron con frecuencia con un sistema de plantas de tabaco para expresar proteínas que no son del tabaco en niveles altos. Decidieron probar las proteínas del coronavirus en ese sistema. Sus equipos infectaron plantas de tabaco con un vector plásmido especial, un sistema de administración genética, que contenía el gen de una proteína de coronavirus y la instrucción de producir una gran cantidad de esa proteína. Jackson dijo: “Es un sistema muy rápido y también es muy rentable en comparación con un cultivo de células de mamíferos o insectos. Y la gente ha desarrollado sistemas en los que realmente se pueden aislar altos niveles de proteínas específicas de las plantas”.

El profesor de CSHL, Rob Martienssen, trabaja con un sistema de plantas ligeramente diferente, la lenteja de agua transformada genéticamente, que tarda más en ponerse en marcha pero que podría producir aún más proteínas a largo plazo. La lenteja de agua es un tipo de planta que puede reproducirse sin necesidad de hacer semillas. “Y así puede producir muy rápidamente una gran cantidad de biomasa. De hecho, la lenteja de agua se ha utilizado en el pasado para producir incluso anticuerpos humanos porque puede generar grandes cantidades de proteína”, señaló Martienssen. “Una vez que se ha trabajado en el tabaco, estamos poniendo esas mismas proteínas, usando el mismo vector, en la lenteja de agua. Así que esperamos tener algo de lenteja de agua lista para comenzar a crecer en uno o dos meses”.

Ilustración de coronavirus creada por los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades. La proteína espiga (en rojo) se proyecta desde la superficie exterior del virus. La proteína de la nucleocápside se encuentra dentro de la capa exterior del virus, protegiendo el frágil ARN empaquetado en su interior. Crédito: CDC/Alissa Eckert, MS; Dan Higgins, MAM

Martienssen recordó: “Acabamos de hablar sobre qué partes del virus serían las mejores para producir. Hay diferentes razones para elegir diferentes partes. No podemos hacer todo lo posible”. Decidieron que el laboratorio de Jackson haría crecer la proteína de punta de coronavirus y Pedmale trabajaría en la proteína de la nucleocápside.

Estos experimentos acaban de comenzar y, aunque los primeros hallazgos son prometedores, aún no tienen resultados. Si bien los investigadores son optimistas, no hay garantías de que esto funcione para los propósitos de la investigación del coronavirus en humanos. Por ejemplo, Jackson señaló: “Básicamente, las plantas y los animales tienen el mismo código genético, pero se puede decir que tienen un dialecto diferente. Usan palabras ligeramente diferentes para codificar los mismos aminoácidos”. Y hay momentos en que esa diferencia de dialecto impide que la planta produzca la proteína. Para abordar eso, los científicos pueden modificar la ortografía de ser óptima para los virus humanos a ser óptima para las plantas.

Un segundo problema es que una vez que se produce una proteína, es necesario modificarla y empaquetarla. Para ser útiles para los investigadores de COVID, las proteínas del coronavirus deben modificarse correctamente, y las plantas y los animales difieren en la forma en que hacen ese empaque.

  • El estudiante graduado visitante Yinan Jian y la becaria postdoctoral Penelope Lindsay trabajando en el laboratorio de David Jackson antes de la pandemia de COVID-19.
  • Penelope Lindsay trabajando en el laboratorio de Jackson durante la pandemia de COVID-19, primavera de 2020.
  • El estudiante graduado visitante Yinan Jian trabajando en un proyecto de proteína de coronavirus en el laboratorio de David Jackson durante la primavera de 2020.
  • Amanda Ackerman, laboratorio Pedmale.
  • Daniele Rosado, laboratorio Pedmale.
  • Oliver Artz, laboratorio de Pedmale.
  • Jillian Arber, laboratorio Pedmale.
  • Equipo de laboratorio de Martienssen trabajando en proyectos de coronavirus. De izquierda a derecha: Evan Ernst, Almudena Molla-Morales (ex postdoctorado que ya no está en CSHL pero ayudó a desarrollar la técnica de transformación), Joe Simorowski y Uma Ramu. Foto tomada en 2017 en Cold Spring Harbor Lab.

Ese problema tampoco preocupa a los científicos. Si es necesario, el laboratorio de Martienssen puede trabajar con cepas de lenteja de agua modificadas genéticamente que usan formas humanas de ortografía. “Se llama humanizar la planta”, se rió entre dientes Martienssen. Con nuevos descubrimientos sobre cómo los coronavirus manipulan la maquinaria intracelular, hay mucha ciencia para que su laboratorio la siga. “Se me han acercado personas de todo el mundo que quieren que participemos con ellos en un proyecto para hacer este tipo de cosas. Y con suerte habrá fondos disponibles para hacerlo”.

Pedmale se alegra de que su laboratorio pueda producir algo útil para la investigación del coronavirus. “Estoy tratando de ayudar a las personas que están investigando el COVID-19. Es algo beneficioso que podemos hacer para tratar de paliar esta terrible enfermedad”.

¿Por qué utilizar el tabaco para la investigación viral? El profesor de CSHL, David Jackson, explica la historia:

“Se podría pensar que es inusual usar tabaco para este tipo de experimento, pero resulta que el primer virus que se identificó en cualquier especie fue del tabaco. En realidad, fue en la década de 1890 y, por supuesto, la gente cultiva tabaco incluso hoy en día para cigarrillos y demás, pero en ese entonces era un cultivo popular y notaron que algunos de sus cultivos se estaban enfermando. A partir de ahí aislaron el primer virus conocido. Desde entonces, los biólogos de plantas han utilizado el tabaco como sistema modelo para comprender cómo crecen los virus y cómo infectan las plantas. Y la gente ha desarrollado estos sistemas para expresar proteínas en niveles muy altos en virus que usan tabaco. Hay varias empresas que comenzaron a utilizar el tabaco a nivel comercial para producir diferentes proteínas farmacéuticas”.

Escrito directora creativa | [email protected] | 516-367-8455

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