Producción de metabolitos secundarios de las plantas con interés industrial

El metabolismo secundario en una planta juega un papel importante en la supervivencia de la planta y en su entorno. La atracción de los polinizadores, la defensa contra los depredadores y las enfermedades, etc., son ejemplos de los roles de los metabolitos secundarios.

Los metabolitos secundarios también son un rasgo importante para nuestras plantas alimenticias (sabor, color, aroma, etc.) y plantas ornamentales. Además, numerosos metabolitos secundarios de las plantas tales como alcaloides, antocianinas, flavonoides, quinonas, lignanos, esteroides y terpenoides han encontrado una aplicación comercial como fármacos, colorantes, aromas, insecticidas, etc.

Estos químicos finos se extraen y purifican a partir de materiales vegetales. Algunos se utilizan en grandes cantidades, como por ejemplo la quinina y los ácidos amargos del lúpulo, con un mercado mundial de ca. 500 y 7.500 toneladas al año. Otros, como vincristina y paclitaxel, tienen un mercado mundial de tan solo unos kilogramos. Obviamente, los precios se vincularán con el volumen total del mercado, los últimos compuestos tienen precios en el rango de US $ 5,000 por gramo y el primero de US $ 100 por kilogramo.

La producción por plantas no siempre es satisfactoria. A menudo se restringe a una especie o género y puede activarse solo durante un crecimiento particular o etapa de desarrollo, o bajo condiciones específicas de temporada, estrés o disponibilidad de nutrientes. Por ejemplo, algunas plantas son difíciles de cultivar, lo que requiere su recolección en la naturaleza y, por lo tanto, el riesgo de que la planta se extinga. O las plantas pueden crecer muy lentamente, como los árboles Cinchona, que necesitan unos 10 años antes de estar listos para la cosecha, lo que requiere una planificación a largo plazo de las posibles demandas del mercado. Para los productos farmacéuticos también existe la necesidad de una producción que cumpla con ciertas normas.

Por estos motivos, en los últimos años, se ha puesto mucho esfuerzo en los cultivos de células vegetales como un posible método de producción de metabolitos secundarios de plantas de interés comercial. En algunos casos, se han podido idear procesos industrialmente factibles, como los compuestos puros como shikonin, taxol y berberina, o la biomasa como en el caso de las raíces de ginseng. Sin embargo, para muchos de los productos farmacéuticos la producción es demasiado baja o incluso nula en las células cultivadas, a pesar de los estudios exhaustivos sobre la optimización de los medios de crecimiento y producción y la selección de líneas celulares para cepas de alta producción. Esto se debe generalmente al hecho de que la producción se controla de manera específica para el tejido, la desdiferenciación da como resultado la pérdida de capacidad de producción.

Por lo tanto, en los últimos años la investigación se ha centrado en la regulación de la biosíntesis, apuntando a las posibilidades de la ingeniería metabólica. Esto se puede usar para mejorar la producción de un compuesto deseado en un cultivo celular, pero también en la propia planta, o para lograr la producción en una especie de planta relacionada o incluso en microorganismos. La ingeniería metabólica por lo tanto es un enfoque prometedor para mejorar la producción.