Consideremos un mundo sin plantas. Incluso si esta emergencia no ocurre, el rápido agotamiento de posibles medicamentos a base de hierbas es una tendencia preocupante.
Los miembros del equipo iGEM de la Universidad de Rochester utilizaron imágenes de cultivos bacterianos congelados en nitrógeno líquido para crear modelos bacterianos bioimpresos en 3D como parte de un proyecto para replicar sustancias químicas que se encuentran en las plantas. Crédito de la imagen: Universidad de Rochester/J. Adam Fenster
Decenas de miles de especies de plantas con flores se utilizan con fines medicinales en todo el mundo, pero muchas empresas farmacéuticas que controlan el mercado estadounidense dependen principalmente de materias primas importadas con requisitos especiales para su cultivo. El cambio climático, las plagas y enfermedades invasoras y las prácticas agrícolas que luchan por satisfacer la alta demanda de productos terminados amenazan a muchas especies de plantas.
10 estudiantes de pregrado en respuesta a estas preguntas Universidad de Rochester han desarrollado nuevos métodos para replicar de manera más eficiente los compuestos beneficiosos que se encuentran en las plantas, particularmente algunas que están en riesgo debido al cambio climático. Apodado Team RoSynth, los estudiantes han desarrollado tecnología de impresión 3D de bajo costo para maximizar la producción de medicamentos y productos farmacéuticos de origen vegetal.
El equipo presentó su trabajo a la competencia internacional de máquinas de ingeniería genética (iGEM) de 2023 en noviembre. Es una competencia internacional donde equipos liderados por estudiantes compiten para aplicar la biología sintética para resolver desafíos del mundo real. La biología sintética utiliza la ingeniería para crear componentes biológicos modelados a partir de sistemas naturales.
El equipo de Rochester fue el tercer equipo más reconocido del país luego de que sus proyectos ganaran premios de oro al Mejor Hardware y al Mejor Proyecto de Biomanufactura. El grupo enfrentó a 402 equipos de seis continentes diferentes.
La tecnología del equipo RoSynth tiene un gran potencial para avanzar en todo el campo de la biología sintética, permitiendo la producción sencilla y asequible de nuevos materiales vivos diseñados..
Ana S. Meyer, profesor asociado de biología en la Universidad de Rochester
Método "ingenioso" de bioimpresión de hidrogeles
Los hidrogeles son materiales gelatinosos compuestos de agua y polímeros capaces de almacenar y liberar moléculas biológicas. El equipo de RoSynth desarrolló una bioimpresora 3D para producir estos materiales. La técnica desarrollada por el equipo de Rochester se caracteriza por la impresión de levaduras y bacterias genéticamente modificadas en hidrogeles adyacentes, que luego se sumergen en un caldo nutritivo líquido.
Dos tipos diferentes de microorganismos comparten la compleja tarea de producir el producto químico final, lo que simplifica y acelera el proceso.
Las bacterias y las levaduras deben crecer independientemente unas de otras para evitar que se multipliquen demasiado rápido, y matar un microbio de crecimiento lento es una innovación importante. Sin embargo, los dos microbios deben poder intercambiar moléculas para poder sintetizar químicamente el producto final.
Para resolver este difícil problema, a los estudiantes se les ocurrió una solución ingeniosa: se bioimprimieron levaduras y bacterias en 3D en hidrogeles, de modo que los microbios se mantuvieron separados, pero las moléculas que crearon podían intercambiarse libremente..
Ana S. Meyer, profesor asociado de biología en la Universidad de Rochester
Mediante este método, se pueden obtener compuestos de origen vegetal de forma sintética sin utilizar plantas reales.
Los investigadores produjeron bioquímicamente ácido rosmarínico (RA) como caso de prueba. El helecho, la salvia y el romero se utilizan habitualmente para la AR. Se ha demostrado que tiene propiedades antiinflamatorias y antioxidantes y se utiliza como aromatizante y en cosmética. Aunque el ácido rosmarínico no está en riesgo, este extracto fue perfecto para la prueba.
Mayer dijo:El ácido rosmarínico es un compuesto vegetal valioso, pero no es tóxico ni peligroso para los estudiantes, y la forma en que se produce es muy compleja, consta de muchas enzimas que actúan en secuencia..”
Respuesta al cambio climático
A principios de 2023, el equipo, formado íntegramente por estudiantes y con varios profesores como asesores, comenzó a formular ideas de proyectos. La pandemia de COVID-19, el cambio climático y la proximidad de Rochester, Nueva York, a los centros agrícolas han inspirado a un equipo de impacto climático a obtener productos químicos de origen vegetal.
Dado que estamos ubicados en Rochester, adyacente a la región de Finger Lakes, una importante región agrícola del estado de Nueva York, hemos estado pensando en cómo los efectos del cambio climático afectarán el rendimiento de los cultivos y el suministro de plantas locales en los próximos años. y compuestos vegetales.
Kathryn C., Departamento de Biología, Universidad de Rochester
Medha Pan dijo:Nuestro equipo iGEM se centró en la crisis climática y la escasez agrícola, especialmente en la era de COVID. Hemos visto de primera mano la importancia de unos medicamentos asequibles y fiables..”
El fármaco anticancerígeno taxol, derivado de especies de árboles en peligro de extinción, y la aspirina, elaborada a partir de corteza de sauce, son dos ejemplos de fármacos especializados que se benefician de las técnicas y tecnologías desarrolladas por el equipo. RoSynth.
Bioimpresora asequible
El objetivo del equipo era crear una bioimpresora de código abierto y de precio razonable que permitiera a otros explorar la producción de compuestos sintéticos de origen vegetal.
Ellie Tay explicó: “Una bioimpresora típica cuesta más de 10.000 dólares, pero nosotros la fabricamos por menos de 500 dólares..”
Gracias a este proyecto, otros científicos pueden producir casi cualquier producto químico de origen vegetal alterando genes y diseñando vías en bacterias y levaduras. La página Wiki del equipo contiene el diseño de la bioimpresora, así como instrucciones para su construcción y uso, lo que permite a otros construir y modificar la tecnología para una variedad de aplicaciones.
Combinando nueva tecnología y naturaleza, el equipo demostró que los estudiantes de posgrado pueden gestionar proyectos innovadores en un tiempo récord.
Ellie Tay dijo:Estos proyectos suelen tardar años en obtener un doctorado. o para el desarrollo de posgrado, y el hecho de que somos estudiantes de posgrado con esto y nos dan de febrero a noviembre, creo que es un gran desafío..”
iGEM: Biofabricación del futuro sostenible
Crédito del vídeo: Universidad de Rochester
Fuente: https://www.rochester.edu/
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