La fascinante arquitectura de la vida: como plantas y humanos comparten los mismos cimientos biológicos

Por, Rocío Borges Argaez*, Julio Aguiar** (CICY)

Los productos naturales (PNs) son compuestos químicos que provienen de plantas, animales o microorganismos que se utilizan en medicina para tratar diversas enfermedades. Desde tiempos ancestrales, las plantas han sido una fuente clave en el desarrollo de medicamentos. Pero, ¿cómo es que las plantas producen sustancias capaces de combatir enfermedades humanas, como el cáncer, si ellas mismas no sufren de estas dolencias? Para entender eso, debemos profundizar en el metabolismo de estos organismos.

Los productos naturales surgen a partir de dos tipos de metabolismo en las plantas: el primario y el secundario. Para entenderlo mejor, imagina la planta como un edificio. El metabolismo primario sería la construcción de los cimientos y las estructuras básicas del edificio; es decir, se encarga de las funciones esenciales para que la planta sobreviva. Por otro lado, el metabolismo secundario, en cambio, se asemeja a los detalles decorativos o mejoras en la construcción, como el diseño interior o el jardín, que no son esenciales para el funcionamiento básico de la planta, pero aportan ventajas adicionales, como la protección contra depredadores o la atracción de polinizadores. Un ejemplo, la cafeína es un alcaloide que las plantas utilizan para defenderse de depredadores, mientras que las personas la disfrutan en su café diario. Otros ejemplos incluyen la aspirina, derivada del ácido salicílico de la corteza del sauce y la morfina, extraída del opio de la amapola (Imagen1). Estos compuestos naturales han sentado las bases de muchos tratamientos médicos modernos, demostrando su importancia.

Productos naturales en la industria médica

Durante mucho tiempo se pensó que los productos del metabolismo secundario eran solo desechos del primario, sin ningún valor funcional adicional. También se creía erróneamente que no podrían tener ningún efecto sobre las enfermedades humanas, ya que las plantas y los humanos no habían evolucionado juntas ni compartían mecanismos biológicos similares. Sin embargo, hoy sabemos que hay una explicación evolutiva que justifica su sorprendente efectividad en la medicina. Esta explicación se basa en la evolución de las proteínas y los genes, que son los componentes básicos esenciales de todas las formas de vida.

Las proteínas son moléculas fundamentales que llevan a cabo diversas funciones en todos los organismos vivos. Tanto en plantas como en humanos, muchas proteínas comparten estructuras y funciones similares debido a que ambos descienden de un ancestro común. Si imaginamos las proteínas como construcciones hechas de bloques (como ladrillos, piezas de metal y bloques de madera), los genes serían el plano que indica cómo construirlas, mientras que los dominios proteícos serían los diferentes tipos de bloques. Estas combinaciones permiten crear familias de proteínas, que son como estructuras diversas: una casa, un puente o un rascacielos, cada una con una forma y función única, pero todas hechas con los mismos bloques básicos (Imagen 2).

Analogía de familia y dominio proteicos

Se estima que existen entre 600 y 8,000 tipos de dominios proteicos (actualmente se conocen poco más de 600) y entre 4,000 y 60,000 familias de proteínas. Estos números indican que el número de tipos de dominios (bloques) es significativamente menor que el número de familias de proteínas (estructuras), es decir, aunque hay solo unos pocos tipos de bloques, estos se pueden combinar de maneras muy distintas. Esto explica por qué proteínas de organismos muy distintos pueden compartir ciertos dominios y, por tanto, interactuar con las mismas moléculas. En otras palabras, los dominios proteicos son elementos conservados que permiten que proteínas con apariencias diferentes sean estructuralmente similares (Imagen 3).

Ejemplos de proteínas.

Un ejemplo fascinante es la ciclosporina, un fármaco producido por un hongo llamado Tolypocladium inflatum. En la naturaleza, la ciclosporina actúa como un mecanismo de defensa del hongo, protegiéndolo de amenazas externas, pero en los humanos actúa como un inmunosupresor, ayudando a prevenir el rechazo de órganos trasplantados después de cirugías complejas. Aunque el hongo y los humanos son organismos completamente distintos, la proteína humana con la que interactúa la ciclosporina es muy parecida a una proteína en la levadura, lo que permite su eficacia.

En este sentido, otro ejemplo interesante es la vincristina, un producto natural encontrado en una planta llamada vinca de Madagascar (Catharanthus roseus). En su entorno natural, la planta produce vincristina para defenderse de los animales que podrían comerla. Este compuesto interfiere con el funcionamiento de las células de esos animales, lo que les causa problemas. Lo sorprendente es que, en los humanos, la vincristina se ha convertido en un importante medicamento usado para tratar ciertos tipos de cáncer como la leucemia agua y el cáncer de mama. Funciona deteniendo la división de las células cancerosas, lo que ayuda a frenar el crecimiento de los tumores ayudando a controlar la progresión del cáncer.

Esta similitud entre las proteínas de diferentes organismos refleja una historia evolutiva compartida. La razón por la cual los productos naturales son tan efectivos en la medicina moderna radica en que, aunque las plantas, animales y microorganismos hayan seguido caminos evolutivos distintos, comparten con nosotros las “piezas” fundamentales de la vida. Así, un compuesto biosintetizado por una planta puede interactuar eficazmente con proteínas humanas, porque las estructuras que permiten esta interacción han sido conservadas a lo largo de la evolución.

En resumen, los productos naturales han demostrado ser herramientas poderosas en la medicina, no solo porque las plantas y otros organismos han desarrollado estos compuestos para su propia supervivencia, sino porque comparten con nosotros, una arquitectura biológica común que hace posible su eficacia en el tratamiento de enfermedades humanas desde infecciones hasta cáncer. Esta relación entre los productos naturales y los sistemas biológicos humanos resalta su interconexión produciendo soluciones eficaces para la salud.

Semblanza:

La Dra. Rocío Borges Argaez* es profesor-investigador titular C en la Unidad de Biotecnología del CICY. Es química farmacéutica bióloga (UADY) y doctora en ciencias por la Southern Cross University (Australia). Investigadora Nivel II del SNI, su trabajo se centra en la bioprospección de plantas del solar maya, identificando y modificando compuestos activos con potencial antiviral frente a virus de interés en salud pública.

Julio Aguiar** es candidato a doctor, con formación en la Facultad de Química (UADY), donde destacó por generar una biblioteca de compuestos derivados del acetato de lupeol, a partir del caimito. Actualmente, en el CICY, explora nuevos productos naturales y se especializa en quimio informática y biología celular y molecular, impulsando el desarrollo de nuevas entidades químicas.