Bioprospección

La bioprospección (también conocida como prospección de la biodiversidad) es la exploración de fuentes naturales de moléculas pequeñas, macromoléculas e información bioquímica y genética que podría convertirse en productos comercialmente valiosos para las industrias agrícola, acuícola, de biorremediación, cosmética, nanotecnológica o farmacéutica. En la industria farmacéutica, por ejemplo, casi un tercio de todos los medicamentos de molécula pequeña aprobados por la Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos (FDA) entre 1981 y 2014 eran productos naturales o compuestos derivados de productos naturales.

Las plantas terrestres, los hongos y las actinobacterias han sido el foco de muchos programas de bioprospección anteriores, pero el interés está creciendo en ecosistemas menos explorados (p. ej., mares y océanos) y organismos (p. ej., mixobacterias, arqueas) como medio para identificar nuevos compuestos con actividades biológicas novedosas. Las especies pueden seleccionarse aleatoriamente para determinar su bioactividad o seleccionarse y examinarse racionalmente sobre la base de información ecológica, etnobiológica, etnomédica, histórica o genómica.

Cuando los recursos biológicos o el conocimiento indígena de una región se apropian sin ética o se explotan comercialmente sin proporcionar una compensación justa, esto se conoce como biopiratería. Se han negociado varios tratados internacionales para proporcionar a los países un recurso legal en caso de biopiratería y para ofrecer a los actores comerciales seguridad jurídica para la inversión. Estos incluyen la Convención de la ONU sobre la Diversidad Biológica y el Protocolo de Nagoya.

Otros riesgos asociados con la bioprospección son la sobreexplotación de especies individuales y el daño ambiental, pero también se ha desarrollado legislación para combatirlos. Los ejemplos incluyen leyes nacionales como la Ley de Protección de Mamíferos Marinos de EE. UU. y la Ley de Especies en Peligro de Extinción de EE. UU., y tratados internacionales como la Convención de las Naciones Unidas sobre la Diversidad Biológica, la Convención de las Naciones Unidas sobre el Derecho del Mar y el Tratado Antártico de las Naciones Unidas.

Recursos y productos derivados de la bioprospección

Agricultura

Los recursos y productos derivados de la bioprospección utilizados en la agricultura incluyen biofertilizantes, bioplaguicidas y antibióticos veterinarios. Rhizobium es un género de bacterias del suelo utilizadas como biofertilizantes, Bacillus thuringiensis (también llamado Bt) y las anoninas (obtenidas de las semillas de la planta Annona squamosa) son ejemplos de bioplaguicidas, y la valnemulina y la tiamulina (descubiertas y desarrolladas a partir de los hongos basidiomicetos Omphalina mutila y Clitopilus passeckerianus) son ejemplos de antibióticos veterinarios.

Biorremediación

Los ejemplos de productos de bioprospección utilizados en la biorremediación incluyen las enzimas lacasa derivadas de Coriolopsis gallica y Phanerochaete chrysosporium, que se utilizan para tratar las aguas residuales de las fábricas de cerveza y para declorar y decolorar los efluentes de las fábricas de papel.

Cosméticos y cuidado personal

Los cosméticos y productos para el cuidado personal obtenidos de la bioprospección incluyen mezclas de oligosacáridos y oligoelementos derivados de Porphyridium cruentum que se usan para tratar el eritema (rosácea, enrojecimiento y ojeras), zeaxantina derivada de Xanthobacter autotrophicus que se usa para hidratar la piel y protección UV, colagenasas derivadas de Clostridium histolyticum que se usan para regeneración de la piel y queratinasas derivadas de Microsporum utilizadas para la depilación.

Nanotecnología y biosensores

Debido a que las lacasas microbianas tienen una amplia gama de sustratos, se pueden utilizar en la tecnología de biosensores para detectar una amplia gama de compuestos orgánicos. Por ejemplo, los electrodos que contienen lacasa se utilizan para detectar compuestos polifenólicos en el vino y ligninas y fenoles en las aguas residuales.

Productos farmaceuticos

Muchos de los fármacos antibacterianos de uso clínico actual se descubrieron a través de la bioprospección, incluidos los aminoglucósidos, las tetraciclinas, los anfenicoles, las polimixinas, las cefalosporinas y otros antibióticos betalactámicos, los macrólidos, las pleuromutilinas, los glucopéptidos, las rifamicinas, las lincosamidas, las estreptograminas y los antibióticos del ácido fosfónico. El antibiótico aminoglucósido estreptomicina, por ejemplo, se descubrió a partir de la bacteria del suelo Streptomyces griseus, el antibiótico fusidano ácido fusídico se descubrió a partir del hongo del suelo Acremonium fusidioides, y los antibióticos pleuromutilina (p. ej., lefamulina) se descubrieron y desarrollaron a partir del hongo basidiomiceto Omphalina mutila. y Clitopilus passeckerianus.

Otros ejemplos de fármacos antiinfecciosos derivados de la bioprospección incluyen el fármaco antimicótico griseofulvina (descubierto del hongo del suelo Penicillium griseofulvum), el fármaco antimicótico y antileishmania anfotericina B (descubierto de la bacteria del suelo Streptomyces nodosus), el fármaco antipalúdico artemisinina (descubierto del planta Artemisia annua), y el fármaco antihelmíntico ivermectina (desarrollado a partir de la bacteria del suelo Streptomyces avermitilis).

También se han desarrollado productos farmacéuticos derivados de la bioprospección para el tratamiento de enfermedades y afecciones no transmisibles. Estos incluyen el fármaco contra el cáncer bleomicina (obtenido de la bacteria del suelo Streptomyces verticillus), el fármaco inmunosupresor ciclosporina utilizado para tratar enfermedades autoinmunes como la artritis reumatoide y la psoriasis (obtenido del hongo del suelo Tolypocladium inflatum), el fármaco antiinflamatorio colchicina utilizado para tratar y prevenir los brotes de gota (obtenidos de la planta Colchicum autumnale), el fármaco analgésico ziconotida (desarrollado a partir del caracol cono Conus magus),y el inhibidor de la acetilcolinesterasa galantamina utilizado para tratar la enfermedad de Alzheimer (obtenido de plantas del género Galanthus).

La bioprospección como estrategia de descubrimiento

La bioprospección tiene fortalezas y debilidades como estrategia para descubrir nuevos genes, moléculas y organismos aptos para el desarrollo y la comercialización.

Fortalezas

Las moléculas pequeñas derivadas de la bioprospección (también conocidas como productos naturales) son estructuralmente más complejas que los productos químicos sintéticos y, por lo tanto, muestran una mayor especificidad hacia los objetivos biológicos. Esta es una gran ventaja en el descubrimiento y desarrollo de fármacos, especialmente en los aspectos farmacológicos del descubrimiento y desarrollo de fármacos, donde los efectos fuera del objetivo pueden causar reacciones adversas a los medicamentos.

Los productos naturales también son más susceptibles al transporte de membrana que los compuestos sintéticos. Esto es ventajoso cuando se desarrollan fármacos antibacterianos, que pueden necesitar atravesar tanto una membrana externa como una membrana plasmática para alcanzar su objetivo.

Para que algunas innovaciones biotecnológicas funcionen, es importante contar con enzimas que funcionen a temperaturas inusualmente altas o bajas. Un ejemplo de esto es la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), que depende de una ADN polimerasa que puede funcionar a 60 °C y más. En otras situaciones, por ejemplo, en la desfosforilación, puede ser deseable realizar la reacción a baja temperatura. La bioprospección de extremófilos es una fuente importante de tales enzimas, que produce enzimas termoestables como Taq polimerasa (de Thermus aquaticus) y enzimas adaptadas al frío como la fosfatasa alcalina de camarón (de Pandalus borealis).

Con el Convenio sobre la Diversidad Biológica (CDB) ahora ratificado por la mayoría de los países, la bioprospección tiene el potencial de unir a las naciones ricas en biodiversidad y tecnológicamente avanzadas, y beneficiarlas tanto educativa como económicamente (por ejemplo, intercambio de información, transferencia de tecnología, desarrollo de nuevos productos, pago de regalías).

Para las moléculas útiles identificadas a través de la bioprospección microbiana, la producción a escala es factible a un costo razonable porque el microorganismo productor puede cultivarse en un biorreactor.

Debilidades

Aunque se sabe que existen en la naturaleza algunos microorganismos potencialmente muy útiles (p. ej., microbios que metabolizan la lignocelulosa), se han encontrado dificultades para cultivarlos en un entorno de laboratorio. Este problema puede resolverse mediante la manipulación genética de organismos más fáciles de cultivar, como Escherichia coli o Streptomyces coelicolor, para expresar el grupo de genes responsables de la actividad deseada.

Aislar e identificar los compuestos responsables de la actividad de un extracto biológico puede ser difícil. Además, la elucidación posterior del mecanismo de acción del compuesto aislado puede llevar mucho tiempo. Los avances tecnológicos en cromatografía líquida, espectrometría de masas y otras técnicas están ayudando a superar estos desafíos.

Implementar y hacer cumplir los tratados y la legislación relacionados con la bioprospección no siempre es fácil. El desarrollo de fármacos es un proceso intrínsecamente costoso y lento con bajas tasas de éxito, y esto hace que sea difícil cuantificar el valor de los productos potenciales al redactar acuerdos de bioprospección. Los derechos de propiedad intelectual también pueden ser difíciles de otorgar. Por ejemplo, los derechos legales de una planta medicinal pueden ser discutibles si ha sido descubierta por diferentes personas en diferentes partes del mundo en diferentes momentos.

Si bien la complejidad estructural de los productos naturales es generalmente ventajosa en el descubrimiento de fármacos, puede dificultar la fabricación posterior de candidatos a fármacos. Este problema a veces se puede resolver identificando la parte de la estructura del producto natural responsable de la actividad y desarrollando un análogo sintético simplificado. Esto fue necesario con el producto natural halicondrina B, su análogo simplificado eribulina ahora aprobado y comercializado como medicamento contra el cáncer.

Trampas de la bioprospección

Los errores y los descuidos pueden ocurrir en diferentes pasos en el proceso de bioprospección, incluida la recopilación de material de origen, la detección de bioactividad del material de origen, las pruebas de toxicidad de compuestos aislados y la identificación del mecanismo de acción.

Colección de material de origen

Antes de recolectar material biológico o conocimientos tradicionales, se deben obtener los permisos correctos del país de origen, el propietario de la tierra, etc. De lo contrario, se pueden iniciar procedimientos penales y el rechazo de cualquier solicitud de patente posterior. También es importante recolectar material biológico en cantidades adecuadas, tener material biológico identificado formalmente y depositar un espécimen de prueba en un depósito para su conservación y almacenamiento a largo plazo. Esto ayuda a garantizar que cualquier descubrimiento importante sea reproducible.

Ensayos de bioactividad y toxicidad

Cuando se analiza la bioactividad y toxicidad de extractos y compuestos aislados, es deseable el uso de protocolos estándar (p. ej., CLSI, ISO, NIH, EURL ECVAM, OCDE) porque esto mejora la precisión y la reproducibilidad de los resultados de la prueba. Además, si es probable que el material de origen contenga compuestos activos conocidos (descubiertos previamente) (p. ej., estreptomicina en el caso de los actinomicetos), entonces es necesaria la desreplicación para excluir estos extractos y compuestos de la tubería de descubrimiento lo antes posible. Además, es importante considerar los efectos de los solventes en las células o líneas celulares que se están analizando, para incluir compuestos de referencia (es decir, compuestos químicos puros para los cuales se dispone de datos precisos de bioactividad y toxicidad), para establecer límites en el número de pases de la línea celular (p. ej. 10–20 pasajes), para incluir todos los controles positivos y negativos necesarios, y ser consciente de las limitaciones del ensayo. Estos pasos ayudan a garantizar que los resultados del ensayo sean precisos, reproducibles e interpretados correctamente.

Identificación del mecanismo de acción.

Al intentar dilucidar el mecanismo de acción de un extracto o compuesto aislado, es importante utilizar múltiples ensayos ortogonales. El uso de un solo ensayo, especialmente un solo ensayo in vitro, brinda una imagen muy incompleta del efecto de un extracto o compuesto en el cuerpo humano. En el caso del extracto de raíz de Valeriana officinalis, por ejemplo, los efectos inductores del sueño de este extracto se deben a múltiples compuestos y mecanismos que incluyen la interacción con los receptores GABA y la relajación del músculo liso. El mecanismo de acción de un compuesto aislado también puede identificarse erróneamente si se usa un solo ensayo porque algunos compuestos interfieren con los ensayos. Por ejemplo, el ensayo de captación de sulfhidrilo utilizado para detectar la inhibición de la histona acetiltransferasa puede dar un resultado falso positivo si el compuesto de prueba reacciona covalentemente con las cisteínas.

Biopiratería

El término biopiratería fue acuñado por Pat Mooney para describir una práctica en la que el conocimiento indígena de la naturaleza, que se origina en los pueblos indígenas, es utilizado por otros con fines lucrativos, sin autorización ni compensación para los propios pueblos indígenas. Por ejemplo, cuando los bioprospectores se basan en el conocimiento indígena de plantas medicinales que luego es patentado por compañías médicas sin reconocer el hecho de que el conocimiento no es nuevo o inventado por el patentador, esto priva a la comunidad indígena de sus derechos potenciales al producto comercial derivado de la tecnología que ellos mismos habían desarrollado. Los críticos de esta práctica, como Greenpeace,afirman que estas prácticas contribuyen a la desigualdad entre los países en desarrollo ricos en biodiversidad y los países desarrollados que albergan empresas de biotecnología.

En la década de 1990, muchas grandes empresas farmacéuticas y de descubrimiento de fármacos respondieron a las acusaciones de biopiratería dejando de trabajar en productos naturales y recurriendo a la química combinatoria para desarrollar nuevos compuestos.

Casos famosos de biopiratería

El bígaro rosado

El caso del bígaro rosado data de la década de 1950. La vincapervinca rosada, aunque originaria de Madagascar, se había introducido ampliamente en otros países tropicales del mundo mucho antes del descubrimiento de la vincristina. Se informa que diferentes países han adquirido diferentes creencias sobre las propiedades médicas de la planta. Esto significaba que los investigadores podían obtener conocimiento local de un país y muestras de plantas de otro. El uso de la planta para la diabetes fue el estímulo original para la investigación. En su lugar, se descubrió la eficacia en el tratamiento tanto del linfoma de Hodgkin como de la leucemia. El fármaco quimioterapéutico para el linfoma de Hodgkin, vinblastina, se deriva de la vincapervinca rosada.

La controversia Maya ICBG

La controversia sobre la bioprospección Maya ICBG tuvo lugar en 1999-2000, cuando el Grupo Cooperativo Internacional de Biodiversidad dirigido por el etnobiólogo Brent Berlin fue acusado de participar en formas poco éticas de bioprospección por parte de varias ONG y organizaciones indígenas. El ICBG tuvo como objetivo documentar la biodiversidad de Chiapas, México, y el conocimiento etnobotánico de los indígenas mayas, para determinar si había posibilidades de desarrollar productos médicos basados ​​en alguna de las plantas utilizadas por los grupos indígenas.

El caso Maya ICBG fue uno de los primeros en llamar la atención sobre los problemas de distinguir entre formas benignas de bioprospección y biopiratería no ética, y sobre las dificultades de asegurar la participación de la comunidad y el consentimiento informado previo para los posibles bioprospectores.

El árbol de neem

En 1994, el Departamento de Agricultura de los EE. UU. y WR Grace and Company recibieron una patente europea sobre métodos para controlar infecciones fúngicas en plantas utilizando una composición que incluía extractos del árbol de neem (Azadirachta indica), que crece en India y Nepal. En 2000, varios grupos de la UE e India se opusieron con éxito a la patente, incluido el Partido Verde de la UE, Vandana Shiva y la Federación Internacional de Movimientos de Agricultura Orgánica (IFOAM) sobre la base de que la actividad fungicida del extracto de neem se conocía desde hace mucho tiempo en Medicina tradicional india. WR Grace apeló y perdió en 2005.

Arroz basmati

En 1997, la corporación estadounidense RiceTec (una subsidiaria de RiceTec AG de Liechtenstein) intentó patentar ciertos híbridos de arroz basmati y arroz semienano de grano largo. El gobierno indio impugnó esta patente y, en 2002, se invalidaron quince de las veinte reivindicaciones de la patente.

El frijol Enola

El frijol Enola es una variedad de frijol amarillo mexicano, llamado así por la esposa del hombre que lo patentó en 1999. La supuesta característica distintiva de la variedad son las semillas de un tono específico de amarillo. Posteriormente, el titular de la patente demandó a un gran número de importadores de frijol amarillo mexicano con el siguiente resultado: "...las ventas de exportación cayeron inmediatamente en más del 90% entre los importadores que habían estado vendiendo este frijol durante años, causando un daño económico a más de 22,000 agricultores". en el norte de México que dependían de las ventas de este frijol”. Se presentó una demanda en nombre de los agricultores y, en 2005, la US-PTO falló a favor de los agricultores. En 2008, la patente fue revocada.

Hoodia gordonii

Hoodia gordonii, una planta suculenta, se origina en el desierto de Kalahari en Sudáfrica. Durante generaciones, el pueblo san que vive tradicionalmente lo ha conocido como un supresor del apetito. En 1996, el Consejo para la Investigación Científica e Industrial de Sudáfrica comenzó a trabajar con empresas, incluida Unilever, para desarrollar suplementos dietéticos basados ​​en Hoodia. Originalmente, el pueblo San no estaba programado para recibir ningún beneficio de la comercialización de su conocimiento tradicional, pero en 2003 el Consejo San de Sudáfrica hizo un acuerdo con CSIR en el que recibirían del 6 al 8% de los ingresos por la venta de Hoodia. productos

En 2008, después de haber invertido 20 millones de euros en I+D en Hoodia como ingrediente potencial en suplementos dietéticos para bajar de peso, Unilever finalizó el proyecto porque sus estudios clínicos no demostraron que Hoodia fuera lo suficientemente segura y eficaz para comercializarla.

Otros casos

La siguiente es una selección de otros casos recientes de biopiratería. La mayoría de ellos no se relacionan con las medicinas tradicionales.

• Treinta y seis casos de biopiratería en África.
• El caso de la bebida pozol del pueblo maya.
• El caso del uso maya y ajeno de la Mimosa tenuiflora y muchos otros casos.
• El caso del rábano maca andino.
• Los casos de cúrcuma (India), karela (India), quinoa (Bolivia), oubli berries (Gabón), y otros.
• El caso del captopril (desarrollado a partir del veneno de punta de flecha de una tribu brasileña).

Aspectos legales y políticos

Ley de Patentes

Un malentendido común es que las compañías farmacéuticas patentan las plantas que recolectan. Si bien no es posible obtener una patente sobre un organismo natural como se conocía o usaba anteriormente, se pueden obtener patentes sobre productos químicos específicos aislados o desarrollados a partir de plantas. A menudo, estas patentes se obtienen con un uso declarado e investigado de esos productos químicos. Generalmente, la existencia, estructura y síntesis de esos compuestos no es parte del conocimiento médico indígena que llevó a los investigadores a analizar la planta en primer lugar. Como resultado, incluso si el conocimiento médico indígena se toma como estado de la técnica, ese conocimiento por sí mismo no hace que el compuesto químico activo sea "obvio", que es el estándar aplicado bajo la ley de patentes.

En los Estados Unidos, la ley de patentes se puede utilizar para proteger compuestos "aislados y purificados", incluso, en un caso, un nuevo elemento químico (ver USP 3,156,523). En 1873, Louis Pasteur patentó una "levadura" que estaba "libre de enfermedades" (patente n.º 141072). Las patentes que cubren invenciones biológicas han sido tratadas de manera similar. En el caso de 1980 de Diamond v. Chakrabarty, la Corte Suprema confirmó una patente sobre una bacteria que había sido modificada genéticamente para consumir petróleo, argumentando que la ley de EE. UU. permite patentes sobre "cualquier cosa bajo el sol que sea hecha por el hombre". La Oficina de Patentes y Marcas de los Estados Unidos (USPTO) ha observado que "una patente sobre un gen cubre el gen aislado y purificado, pero no cubre el gen tal como se presenta en la naturaleza".

También es posible bajo la ley estadounidense patentar un cultivo, una nueva variedad de un organismo existente. La patente del frijol Enola (ahora revocada) fue un ejemplo de este tipo de patente. Las leyes de propiedad intelectual de los EE. UU. también reconocen los derechos de los criadores de plantas en virtud de la Ley de Protección de Variedades de Plantas, 7 USC §§ 2321–2582.

Convenio sobre la Diversidad Biológica

El Convenio sobre la Diversidad Biológica (CDB) entró en vigor en 1993. Aseguró los derechos para controlar el acceso a los recursos genéticos para los países en los que se encuentran esos recursos. Uno de los objetivos del CDB es permitir que los países menos desarrollados se beneficien mejor de sus recursos y conocimientos tradicionales. Según las reglas del CDB, los bioprospectores deben obtener un consentimiento informado para acceder a dichos recursos y deben compartir cualquier beneficio con el país rico en biodiversidad. Sin embargo, algunos críticos creen que el CDB no ha logrado establecer regulaciones apropiadas para prevenir la biopiratería. Otros afirman que el problema principal es la incapacidad de los gobiernos nacionales para aprobar leyes apropiadas que implementen las disposiciones del CDB.El Protocolo de Nagoya del CDB, que entró en vigor en 2014, proporciona más regulaciones. El CDB ha sido ratificado, adherido o aceptado por 196 países y jurisdicciones a nivel mundial, con excepciones que incluyen la Santa Sede y los Estados Unidos.

Contratos de bioprospección

Los requisitos para la bioprospección establecidos por el CDB han creado una nueva rama del derecho internacional de patentes y comercio, los contratos de bioprospección. Los contratos de bioprospección establecen las reglas de distribución de beneficios entre investigadores y países, y pueden traer regalías a los países menos desarrollados. Sin embargo, aunque estos contratos se basan en el consentimiento informado previo y la compensación (a diferencia de la biopiratería), todos los propietarios o portadores de conocimientos y recursos indígenas no siempre son consultados o compensados, ya que sería difícil garantizar que todos los individuos estén incluidos.Debido a esto, algunos han propuesto que las comunidades indígenas u otras formen una especie de microgobierno representativo que negociaría con los investigadores para formar contratos de tal manera que la comunidad se beneficie de los arreglos. Los contratos de bioprospección no éticos (a diferencia de los éticos) pueden verse como una nueva forma de biopiratería.

Un ejemplo de contrato de bioprospección es el acuerdo entre Merck e INBio de Costa Rica.

Base de datos de conocimientos tradicionales

Debido a casos previos de biopiratería y para prevenir nuevos casos, el Gobierno de la India ha convertido la información médica tradicional india de manuscritos antiguos y otros recursos en un recurso electrónico; esto dio como resultado la Biblioteca Digital de Conocimientos Tradicionales en 2001. Los textos se están grabando en tamil, sánscrito, urdu, persa y árabe; disponible para las oficinas de patentes en inglés, alemán, francés, japonés y español. El objetivo es proteger el patrimonio de la India para que no sea explotado por empresas extranjeras. Cientos de posturas de yoga también se conservan en la colección.La biblioteca también ha firmado acuerdos con las principales oficinas de patentes internacionales, como la Oficina Europea de Patentes (EPO), la Oficina de Marcas y Patentes del Reino Unido (UKTPO) y la Oficina de Patentes y Marcas de los Estados Unidos para proteger el conocimiento tradicional de la biopiratería, ya que permite a los examinadores de patentes en International Oficinas de patentes para acceder a las bases de datos TKDL con fines de búsqueda y examen de patentes.