Biotecnología en la fabricación de productos farmacéuticos
Bacterias Escherichia coli, que a menudo se utilizan en la producción de productos farmacéuticos.

La biotecnología es el uso de organismos vivos para desarrollar productos útiles. La biotecnología se utiliza a menudo en la fabricación de productos farmacéuticos . Entre los ejemplos más destacados se incluyen el uso de bacterias para producir sustancias como la insulina o la hormona de crecimiento humana. Otros ejemplos incluyen el uso de cerdos transgénicos para la creación de hemoglobina en seres humanos.

Insulina humana

Cristales de insulina

Entre los primeros usos de la biotecnología en la fabricación de productos farmacéuticos se encuentra el uso de la tecnología del ADN recombinante para modificar la bacteria Escherichia coli para producir insulina humana , que se realizó en Genentech en 1978. [1] Antes del desarrollo de esta técnica, la insulina se extraía de las glándulas pancreáticas de ganado vacuno, cerdos y otros animales de granja. Si bien generalmente es eficaz en el tratamiento de la diabetes , la insulina de origen animal no es indistinguible de la insulina humana y, por lo tanto, puede producir reacciones alérgicas. [2] Los investigadores de Genentech produjeron genes artificiales para cada una de las dos cadenas de proteínas que componen la molécula de insulina. Los genes artificiales se "insertaron luego... en plásmidos... entre un grupo de genes que" [1] son ​​activados por la lactosa . Por lo tanto, los genes productores de insulina también fueron activados por la lactosa. Los plásmidos recombinantes se insertaron en la bacteria Escherichia coli , que fue "inducida a producir 100.000 moléculas de insulina humana de cadena A o de cadena B". [1] Luego, las dos cadenas de proteínas se combinaron para producir moléculas de insulina.

Hormona del crecimiento humano

Hormona del crecimiento

Antes de que se utilizara la tecnología del ADN recombinante para modificar las bacterias y producir la hormona del crecimiento humana , esta hormona se fabricaba mediante extracción de las glándulas pituitarias de cadáveres, ya que las hormonas de crecimiento animales no tienen ningún valor terapéutico en los seres humanos. La producción de un suministro de hormona del crecimiento humana para un solo año requería hasta cincuenta glándulas pituitarias, [3] lo que creaba una escasez significativa de la hormona. [4] En 1979, los científicos de Genentech produjeron la hormona del crecimiento humana insertando ADN que codificaba para la hormona del crecimiento humana en un plásmido que se implantó en la bacteria Escherichia coli . El gen que se insertó en el plásmido se creó mediante transcripción inversa del ARNm que se encuentra en las glándulas pituitarias a ADN complementario. HaeIII, un tipo de enzima de restricción que actúa en los sitios de restricción "en la región no codificante 3'" [5] y en el codón 23 del ADN complementario de la hormona del crecimiento humana, se utilizó para producir "un fragmento de ADN de 551 pares de bases que incluye secuencias codificantes para los aminoácidos 24-191 de la HGH". [5] Luego, se produjo "un fragmento 'adaptador' de ADN sintetizado químicamente que contenía un codón de iniciación ATG..." [5] con los codones de los aminoácidos primero a 23 de la hormona de crecimiento humana. Los "dos fragmentos de ADN... [se] combinaron para formar un gen 'híbrido' sintético-natural". [5] El uso de métodos totalmente sintéticos de producción de ADN para producir un gen que se tradujera en hormona de crecimiento humana en Escherichia coli habría sido extremadamente laborioso debido a la longitud significativa de la secuencia de aminoácidos de la hormona de crecimiento humana. Sin embargo, si el ADNc transcrito de forma inversa a partir del ARNm de la hormona de crecimiento humana se insertara directamente en el plásmido insertado en la Escherichia coli, las bacterias traducirían regiones del gen que no se traducen en humanos, produciendo así una "prehormona que contiene 26 aminoácidos adicionales" [5] que podría ser difícil de eliminar.

Factores de coagulación de la sangre humana

Antes del desarrollo y la aprobación por parte de la FDA de un método para producir factores de coagulación de la sangre humana mediante tecnologías de ADN recombinante, los factores de coagulación de la sangre humana se producían a partir de sangre donada que no había sido sometida a pruebas adecuadas para detectar el VIH . Por lo tanto, la infección por VIH representaba un peligro importante para los pacientes con hemofilia que recibían factores de coagulación de la sangre humana:

La mayoría de los informes indican que entre el 60 y el 80 por ciento de los pacientes con hemofilia que estuvieron expuestos a concentrados de factor VIII entre 1979 y 1984 son seropositivos al VIH según el análisis Western blot. En mayo de 1988, más de 659 pacientes con hemofilia tenían SIDA... [6]

El primer factor de coagulación sanguínea humana que se produjo en cantidades significativas utilizando tecnología de ADN recombinante fue el Factor IX , que se produjo utilizando células de ovario de hámster chino transgénico en 1986. [7] A falta de un mapa del genoma humano, los investigadores obtuvieron una secuencia conocida del ARN del Factor IX examinando los aminoácidos del Factor IX:

La microsecuenciación del factor IX altamente purificado produjo suficiente secuencia de aminoácidos para construir sondas de oligonucleótidos. [8]

La secuencia conocida del ARN del factor IX se utilizó luego para buscar el gen que codifica el factor IX en una biblioteca de ADN que se encuentra en el hígado humano, ya que se sabía que los factores de coagulación sanguínea son producidos por el hígado humano: [8]

Se sintetizó y etiquetó un oligonucleótido único... homólogo al ARNm del factor IX... La sonda resultante se utilizó para examinar una biblioteca de ADNc bicatenario de hígado humano... Las secuencias de ADN bicatenario completas del... ADNc [relevante]... contenían toda la secuencia codificante COOH-terminal del undécimo codón (11) y toda la secuencia 3' no traducida. [7]

Esta secuencia de ADNc se utilizó para encontrar las secuencias de ADN restantes que componen el gen del factor IX mediante la búsqueda del ADN en el cromosoma X:

Se preparó una biblioteca genómica de un cromosoma XXXX humano... y se examinó con una sonda de ADNc del factor IX. Se aislaron los fagos recombinantes hibridantes, se purificaron en placa y se aisló el ADN. El mapeo de restricción, el análisis Southern y la secuenciación del ADN permitieron la identificación de cinco insertos que contenían fagos recombinantes que, cuando se superponían en secuencias comunes, codificaban el gen del factor IX de 35 kb completo. [9]

Los plásmidos que contienen el gen del factor IX, junto con plásmidos con un gen que codifica la resistencia al metotrexato, se insertaron en células de ovario de hámster chino mediante transfección. La transfección implica la inserción de ADN en una célula eucariota. A diferencia del proceso análogo de transformación en bacterias, el ADN transfectado no se integra normalmente en el genoma de la célula y, por lo tanto, no suele transmitirse a las generaciones posteriores mediante la división celular. Por lo tanto, para obtener una transfección "estable", también debe transfectarse un gen que confiera una ventaja de supervivencia significativa, lo que hace que las pocas células que integraron el ADN transfectado en sus genomas aumenten su población a medida que se eliminan las células que no integraron el ADN. En el caso de este estudio, "el crecimiento en concentraciones crecientes de metotrexato" [10] promovió la supervivencia de las células transfectadas de forma estable y disminuyó la supervivencia de otras células.

Las células de ovario de hámster chino que fueron transfectadas de forma estable produjeron cantidades significativas de factor IX, que demostró tener propiedades coagulantes sustanciales, aunque en menor grado que el factor IX producido a partir de sangre humana:

La actividad específica del factor IX recombinante se midió sobre la base de la medición directa de la actividad coagulante... La actividad específica del factor IX recombinante fue de 75 unidades/mg... en comparación con las 150 unidades/mg medidas para el factor IX derivado del plasma... [11]

En 1992, la FDA aprobó el Factor VIII producido utilizando células de ovario de hámster chino transgénico, el primer factor de coagulación sanguínea de este tipo producido utilizando tecnología de ADN recombinante en ser aprobado. [12]

Animales de granja transgénicos

Un cerdo, cuyas generaciones transgénicas podrían utilizarse para producir sustitutos de la sangre para uso humano.

También se han empleado técnicas de ADN recombinante para crear animales de granja transgénicos que puedan producir productos farmacéuticos para uso humano. Por ejemplo, se han creado cerdos que producen hemoglobina humana. Si bien la sangre de estos cerdos no podría emplearse directamente para transfusiones a humanos, la hemoglobina podría refinarse y emplearse para fabricar un sustituto de la sangre. [13]

Paclitaxel (Taxol)

Bristol-Myers Squibb fabrica paclitaxel utilizando Penicillium raistrickii y fermentación de células vegetales (PCF). [ cita requerida ]

Artemisinina

Las levaduras transgénicas se utilizan para producir artemisinina , así como varios análogos de insulina . [14]

Véase también

Referencias

  1. ^ abc "Insulina humana: cómo aprovechar el plásmido dorado". Science News . 114 (12): 195–196. 16 de septiembre de 1978. doi :10.2307/3963132. JSTOR  3963132.
  2. ^ Brar, Deepinder: "La historia de la insulina" http://www.med.uni-giessen.de/itr/history/inshist.html Archivado el 1 de noviembre de 2018 en Wayback Machine , consultado el 14 de junio de 2006
  3. ^ "Los laboratorios empatan en el estudio de la hormona del crecimiento humano". Science News . 116 (2): 22. 1979-07-14. doi :10.2307/3964172. JSTOR  3964172.
  4. ^ Walgate R (marzo de 1981). "Descenso hipofisario". Nature . 290 (5801): 6–7 nbgcyt5. doi : 10.1038/290006b0 . PMID  7207586.
  5. ^ abcde Goeddel DV, Heyneker HL, Hozumi T y col. (octubre de 1979). "Expresión directa en Escherichia coli de una secuencia de ADN que codifica la hormona del crecimiento humano". Naturaleza . 281 (5732): 544–8. Código Bib :1979Natur.281..544G. doi :10.1038/281544a0. PMID  386136. S2CID  4237998.
  6. ^ White GC, McMillan CW, Kingdon HS, Shoemaker CB (enero de 1989). "Uso de factor antihemofílico recombinante en el tratamiento de dos pacientes con hemofilia clásica". N. Engl. J. Med . 320 (3): 166–70. doi :10.1056/NEJM198901193200307. PMID  2492083.
  7. ^ ab Kaufman RJ, Wasley LC, Furie BC, Furie B, Shoemaker CB (julio de 1986). "Expresión, purificación y caracterización del factor IX gamma-carboxilado recombinante sintetizado en células de ovario de hámster chino". J. Biol. Chem . 261 (21): 9622–8. doi : 10.1016/S0021-9258(18)67559-3 . PMID:  3733688.
  8. ^ ab Toole JJ, Knopf JL, Wozney JM, et al. (1984). "Clonación molecular de un ADNc que codifica el factor antihemofílico humano". Nature . 312 (5992): 342–7. Bibcode :1984Natur.312..342T. doi :10.1038/312342a0. PMID  6438528. S2CID  4313575. página 343
  9. ^ Kaufman, páginas 9622-3
  10. ^ Kaufman, página 9623
  11. ^ Kaufman, página 9626
  12. ^ Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos: "La autorización del primer factor de coagulación derivado del ADN recombinante", https://www.fda.gov/bbs/topics/NEWS/NEW00312.html, consultado el 17 de junio de 2006
  13. ^ O'Donnell JK, Martin MJ, Logan JS, Kumar R (1993). "Producción de hemoglobina humana en cerdos transgénicos: un enfoque hacia un sustituto de la sangre". Cancer Detect. Prev . 17 (2): 307–12. PMID  8402717.
  14. ^ Mark Peplow. "Sanofi lanza la producción de un fármaco contra la malaria | Chemistry World". Rsc.org . Consultado el 17 de diciembre de 2013 .
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