La artemisinina es un potente compuesto antipalúdico producido naturalmente por el arbusto chino Artemisia annua comúnmente conocido como ajenjo dulce. Actualmente, sin embargo, la baja cantidad de artemisinina producida en las hojas de esta planta no satisface la demanda global. En un estudio publicado el 24 de abril en la revista planta molecular , investigadores en China informan una secuencia de genoma borrador de alta calidad de A. annua y su uso de esta información junto con los datos de expresión génica para diseñar metabólicamente las líneas de plantas que producen altos niveles de artemisinina. El 25 de abril se celebra el Día Mundial de la Malaria.
"Casi la mitad de la población mundial está en riesgo de contraer malaria", dice el autor principal del estudio Kexuan Tang, de la Universidad Jiao Tong de Shanghai. "Nuestra estrategia para la producción a gran escala de artemisinina satisfará la creciente demanda de este compuesto medicinal y ayudaráabordar este problema de salud global "
Según la Organización Mundial de la Salud, la malaria afectó a aproximadamente 216 millones de personas en 91 países en 2016 y causó un estimado de 445,000 muertes en todo el mundo solo ese año. Plasmodium falciparum es el parásito de la malaria más frecuente en el continente africano, y es responsable de la mayoría de las muertes relacionadas con la malaria a nivel mundial. El mejor tratamiento disponible para la malaria, en particular para los casos causados por P. falciparum , es una terapia combinada basada en artemisinina. Además de su actividad antipalúdica, se han informado efectos terapéuticos de la artemisinina para el cáncer, la tuberculosis y la diabetes. Sin embargo, el suministro de artemisinina es limitado porque este compuesto medicinal generalmente representa solo el 0.1%-1.0% del peso seco de A. annua hojas
Para aprovechar al máximo el potencial terapéutico de este compuesto, los investigadores han desarrollado estrategias de ingeniería metabólica destinadas a mejorar la expresión de los genes de la vía biosintética de artemisinina. Estos esfuerzos no se pudieron generar A. annua líneas que produjeron altos niveles de artemisinina, sin embargo, principalmente porque se enfocaron en modificar la expresión génica solo aguas arriba o aguas abajo de la vía biosintética de artemisinina. Un obstáculo importante para las estrategias de ingeniería metabólica ha sido la falta de secuencias del genoma de referencia y la información limitada sobregenes implicados en la regulación de la biosíntesis de artemisinina.
Para abordar este problema, Tang y sus colaboradores generaron un borrador de ensamblaje de alta calidad de 1.74 gigabase A. annua genoma, que contiene 63,226 genes que codifican proteínas, uno de los números más grandes entre las especies de plantas secuenciadas. Tomó varios años completar la secuencia del genoma debido a su gran tamaño y alta complejidad. El estudio agrega una gran cantidad de información sobre Asteraceae,una de las familias más grandes de plantas que consta de más de 23,600 especies de hierbas, arbustos y árboles distribuidos en todo el mundo, incluidos muchos con considerable importancia medicinal, ornamental y económica.
"Un impedimento importante para la explotación de los recursos de Asteraceae en las ciencias básicas y de reproducción ha sido la ausencia de secuencias del genoma de referencia; hasta la fecha, solo se han liberado los genomas del girasol y el crisantemo", dice Tang. A. annua los datos del genoma y del transcriptoma que proporcionamos aquí serán un activo valioso para la investigación biológica fundamental sobre la evolución de las plantas y otros temas, así como para los programas de mejora genética aplicada ".
De particular importancia, el A. annua la secuencia del genoma proporcionó nuevos conocimientos sobre la ruta metabólica completa involucrada en la biosíntesis de artemisinina. El análisis de los genes codificadores de proteínas y los patrones de expresión génica revelaron las sofisticadas redes reguladoras subyacentes a la biosíntesis de artemisinina. Sobre la base de los datos genómicos y transcriptómicos, los investigadores identificaron genes nuevosinvolucrados en la regulación de la biosíntesis de artemisinina. Al aumentar simultáneamente la actividad de tres genes - HMGR, FPS y DBR2 - que abarcan toda la vía biosintética de artemisinina, los investigadores generaron A. annua líneas que producen altos niveles de artemisinina - 3.2% del peso seco de las hojas.
Aprovechando estos hallazgos, Tang y su equipo han enviado muestras de semillas ricas en artemisinina a Madagascar, el país africano que más crece A. annua , para una prueba de campo. También continúan explorando formas de mejorar la producción de artemisinina, con el objetivo de desarrollar A. annua líneas cuyas hojas contienen 5% de artemisinina.
"Esperamos que nuestra investigación pueda mejorar el suministro global de artemisinina y reducir el precio de la fuente de la planta", dice Tang. "No es costoso generar líneas de artemisinina de alto nivel. Hemos propagado cientos de líneas productoras de alto nivel de artemisinina a través decortando y seleccionando, y ampliando la producción de estas plantas. Esperemos que nuestras líneas transgénicas de alta artemisinina crezcan a escala masiva el próximo año ".
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