Metabolómica vegetal y descubrimiento de fármacos: tres nuevos y relevantes hallazgos de investigación
Investigadores del Centro RIKEN para la Ciencia de los Recursos Sostenibles, en Japón, han desarrollado un nuevo sistema computacional de espectrometría de masas que amplía considerablemente el alcance de la metabolómica vegetal en la búsqueda de fármacos. Al someterlo a pruebas con tejidos de 12 especies vegetales, el sistema identificó más de 1.000 metabolitos, entre ellos docenas que nunca se habían detectado anteriormente, entre los que se encuentran compuestos con potencial antibiótico, antiinflamatorio, antibacteriano y anticancerígeno. Según el Clínica Mayo, los compuestos vegetales naturales han sido históricamente la base de muchos medicamentos importantes, lo que convierte la identificación sistemática de nuevos metabolitos en un área significativa de la investigación farmacéutica.
¿Por qué el descubrimiento de fármacos mediante la metabolómica vegetal ha avanzado tan lentamente?
Las plantas representan un recurso casi infinito para el descubrimiento de fármacos; sin embargo, en la actualidad los científicos solo conocen alrededor del 51 % de todos los productos naturales de origen vegetal. Existen millones de especies de plantas, cada una con su propio metaboloma, es decir, el conjunto completo de todos los productos metabólicos que produce ese organismo. La espectrometría de masas estándar puede confirmar si una molécula conocida está presente en una muestra, pero no puede buscar moléculas que aún no se hayan identificado.
La historia del desarrollo de medicamentos a partir de plantas ilustra lo lento que ha sido este proceso. La aspirina, derivada del extracto de corteza de sauce, ya se mencionaba en antiguas tablillas de arcilla miles de años antes de que los científicos comprendieran su mecanismo de acción bioquímico. La espectrometría de masas computacional, un campo de investigación en auge que constituye el eje central del trabajo del equipo del RIKEN, tiene como objetivo subsanar esta laguna mediante la identificación de metabolitos hasta ahora desconocidos y la predicción de sus funciones a una escala que antes era imposible.
Cómo funciona el nuevo sistema
Bajo la dirección de Hiroshi Tsugawa y Kazuki Saito, el equipo del RIKEN dedicó varios años a desarrollar un sistema computacional que incorpora nuevos algoritmos para comparar los resultados de la espectrometría de masas de plantas marcadas con carbono-13 con los de aquellas que no lo están. Los algoritmos pueden predecir las fórmulas moleculares de los metabolitos, clasificarlos por tipo, predecir la subestructura de compuestos desconocidos y vincularlos a metabolitos conocidos basándose en similitudes estructurales, lo que permite al sistema inferir posibles funciones incluso para moléculas que nunca antes se habían caracterizado.
Como explicó Tsugawa, aunque ningún software puede identificar de manera exhaustiva todos los metabolitos de un organismo vivo, el nuevo programa incorpora técnicas que ofrecen una cobertura diez veces mayor que los métodos anteriores de descubrimiento de fármacos basados en la metabolómica vegetal.
3 importantes hallazgos en el descubrimiento de fármacos mediante la metabolómica vegetal
1. El sistema detectó más de 1.000 metabolitos, mientras que los métodos estándar solo detectaron unos 100
En comparaciones directas, los métodos estándar basados en la espectrometría de masas identificaron aproximadamente 100 metabolitos en las muestras analizadas. El nuevo sistema computacional de metabolómica vegetal para el descubrimiento de fármacos identificó más de 1 000. Este aumento de diez veces en la cobertura representa un cambio radical en el rendimiento del cribado de productos naturales y abre la puerta a la identificación de candidatos terapéuticos que habían pasado desapercibidos para los métodos existentes.
2. Se han identificado nuevos compuestos antibióticos y antiinflamatorios en plantas comunes
El sistema logró caracterizar con éxito los benzoxazinoides, una clase de antibióticos, en el arroz y el maíz, y los glicoalcaloides, una clase con propiedades antiinflamatorias y antibacterianas, en la cebolla común, el tomate y la papa. Se trata de plantas que han sido objeto de estudios exhaustivos durante siglos; sin embargo, el sistema de descubrimiento de fármacos basado en la metabolómica vegetal identificó compuestos de importancia biológica que no se habían documentado anteriormente en estas especies.
3. Se detectaron dos clases de metabolitos anticancerígenos en plantas alimenticias
El sistema identificó saponinas triterpénicas con propiedades anticancerígenas en la soya y el regaliz, así como alcaloides beta-carbolínicos con potencial anticancerígeno en una planta de la familia del café. La detección de metabolitos anticancerígenos en plantas alimenticias de consumo común mediante este enfoque de descubrimiento de fármacos basado en la metabolómica vegetal sugiere que los compuestos biológicamente activos podrían estar mucho más extendidos en el mundo natural de lo que reflejan los conocimientos actuales.
Qué significa esto para el desarrollo futuro de medicamentos
Las implicaciones de esta plataforma computacional van mucho más allá de las plantas. Tsugawa señaló que el próximo objetivo es aplicar la misma metodología a la identificación global de los metabolomas humanos y de la microbiota, y que los metabolitos recién descubiertos se investigarán más a fondo mediante la genómica, la transcriptómica y la proteómica. Al acelerar la identificación de productos naturales con potencial farmacéutico, este sistema de descubrimiento de fármacos basado en la metabolómica vegetal podría acortar significativamente el tiempo que transcurre desde la identificación de un compuesto natural hasta la investigación clínica.
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