Digitalis lanata, cultivado en invernadero. Esta especie de planta dedalera produce digoxina, una sustancia química que se usa con moderación para tratar la insuficiencia cardíaca. Crédito:Zhen Wang
Plantas de dedalera, encontrado en muchos jardines, son conocidos por las lluvias de flores en forma de campana que producen.
Pero las plantas que pertenecen a este género, Digital, también albergan un activo menos visible:sustancias químicas llamadas glucósidos cardíacos, que se han registrado para tratar la insuficiencia cardíaca desde la década de 1780, dice el biólogo de la Universidad de Buffalo, Zhen Wang.
La investigación de Wang investiga cómo las dedaleras crean estos compuestos medicinales, con miras a mejorar el proceso. La cría de dedaleras requiere mucho tiempo y trabajo, y Wang espera cambiar eso.
Específicamente, su laboratorio está investigando los procesos químicos que utilizan las plantas para crear glucósidos cardíacos:qué pasos se toman, qué genes están activados, y qué enzimas se despliegan.
"La razón por la que las plantas elaboran tantos productos naturales con propiedades medicinales es porque también combaten enfermedades, "dice Wang, Doctor., profesor ayudante de ciencias biológicas en la Facultad de Artes y Ciencias de la UB. "Las plantas no son como animales. No pueden huir cuando llega el estrés, así que hacen frente a esto convirtiéndose en los químicos más extraordinarios del planeta ".
Y todavía, "Se desconoce en gran medida cómo las plantas sintetizan muchos productos naturales, Wang dice. Quiero entender cómo podemos aprovechar el poder de la naturaleza para hacer que el proceso de producción de compuestos medicinales sea más eficiente y sostenible. Las dedaleras producen estos poderosos compuestos, pero se necesitan dos años para hacerlo, y no los hacen en grandes cantidades. ¿Cómo podemos mejorar este proceso? "
Digitalis purpurea, cultivado por el investigador de ciencias biológicas de la UB, Zhen Wang. Esta especie de dedalera se cultiva a menudo como planta ornamental en jardines, mientras que su relativo, Digitalis lanata, a menudo se cultiva para la producción de medicamentos. Crédito:Zhen Wang
Dos nuevos estudios iluminan los compuestos químicos en las dedaleras
El equipo de Wang publicó recientemente un par de artículos que detallan las características de los glucósidos cardíacos en dos especies de dedalera:Digitalis purpurea, una flor púrpura vistosa que se encuentra en muchos jardines; y Digitalis lanata, que se cultiva con fines medicinales.
"Este tipo de estudio es importante porque primero tenemos que conocer la estructura precisa de los compuestos naturales antes de poder explorar sus efectos medicinales". "Dice Wang.
El primer papel publicado en línea en enero en el Journal of Chromatography A, describe métodos para evaluar la masa exacta y la estructura de los glucósidos cardíacos, y compara los compuestos encontrados en Digitalis purpurea y Digitalis lanata. El segundo estudio, publicado en línea en marzo en la revista Data in Brief, amplía el primero, proporcionando datos adicionales sobre las características de los glucósidos cardíacos en ambas especies.
"Cuando miramos los glucósidos cardíacos en cada uno de ellos, encontramos diferencias drásticas, ", Dice Wang." En la cepa industrial que se cultiva con fines medicinales, ve cantidades mucho más altas de glucósidos cardíacos, con mucha más diversidad. Creo que esto solo resalta la adaptación de las plantas y lo versátiles que son como químicos ".
Ambos estudios incluyeron aportaciones de investigadores del Departamento de Química de la UB.
Plántulas de Digitalis lanata, cultivado en invernadero. Esta especie de planta dedalera produce digoxina, una sustancia química que se usa con moderación para tratar la insuficiencia cardíaca. Crédito:Zhen Wang
Mejorando las habilidades naturales de la dedalera
Digitalis lanata se cultiva con fines medicinales porque produce un glucósido cardíaco llamado digoxina. Este compuesto es tóxico en grandes cantidades, pero se prescribe con moderación, en pequeñas dosis, para tratar la insuficiencia cardíaca y ciertas anomalías del ritmo cardíaco.
Los métodos actuales para producir digoxina son engorrosos:debido a que cada planta dedalera produce solo una pequeña cantidad de la sustancia química, los agricultores deben cultivar la cosecha en grandes cantidades, Wang dice. Eso consume mucha tierra agrícola. El tiempo de espera también es largo.
"Se necesitan dos años, desde el momento en que planta la semilla hasta el momento en que las hojas están listas para la cosecha, y luego hay que secarlo en el silo, "Wang dice". Entonces, la planta se tritura en polvo, y el compuesto se extrae y purifica mediante procesos químicos ".
Si el equipo de Wang puede averiguarlo, paso a paso, cómo las dedaleras producen glucósidos cardíacos, los científicos podrían aprovechar esa información para explorar una variedad de mejoras.
Los biólogos podrían diseñar microbios de rápido crecimiento, como levaduras o cepas de bacterias inofensivas, para producir glucósidos cardíacos más rápidamente. Los científicos de plantas podrían diseñar genéticamente dedaleras para producir mayores cantidades de digoxina, lo que aumentaría la eficiencia de las granjas y liberaría tierra para otros cultivos útiles.
Los químicos medicinales también podrían trabajar para desarrollar nuevos medicamentos que sean similares a la digoxina pero más seguros.
"Podemos aprender de la naturaleza, ", Dice Wang." Podemos estudiar todos los compuestos disponibles que se encuentran en las plantas y luego idear nuestro propio diseño de compuestos que sean más seguros y más efectivos. Por eso creo que es importante no centrarse solo en el fármaco actual digoxina, pero para expandir nuestro enfoque a todos los compuestos de la misma clase, los glucósidos cardíacos ".
