2023 Autor: Bailey Leapman | [email protected]. Última modificação: 2023-05-20 22:58
As empresas farmacêuticas poderiam reduzir substancialmente as despesas com tratamentos caros para câncer e outras doenças produzidas a partir de células de mamíferos ou bactérias cultivando essas proteínas terapêuticas humanas em algas - células de plantas aquáticas de rápido crescimento que recentemente ganharam atenção por sua capacidade de produzir biocombustíveis.
Essa é a conclusão de um estudo, publicado online esta semana no Plant Biotechnology Journal, que procurou determinar se sete proteínas terapêuticas humanas diversas poderiam ser produzidas em Chlamydomonas reinhardtii, uma alga verde amplamente utilizada em laboratórios de biologia como modelo genético organismo, bem como a mosca da fruta Drosophila e a bactéria E.coli.
"O que nos surpreendeu foi que dos sete genes escolhidos, quatro expressaram proteínas em níveis suficientes para a produção comercial", disse Stephen Mayfield, professor de biologia da Universidade da Califórnia, San Diego, que liderou o estudo, que envolveu cientistas do The Scripps Research Institute, da empresa de biocombustíveis de San Diego Sapphire Energy e da ProtElix, uma empresa de engenharia de proteínas em Hayward, CA.
Os cientistas relataram em seu artigo que todas as proteínas produzidas por algas em seu estudo mostraram atividade biológica comparável às mesmas proteínas produzidas por técnicas comerciais tradicionais. E como as células de algas podem ser cultivadas de forma barata e rápida, dobrando em número a cada 12 horas, eles notaram que as algas podem ser superiores aos sistemas biológicos atuais para a produção de muitas proteínas terapêuticas humanas.
"Atualmente, as proteínas terapêuticas humanas são produzidas principalmente a partir de bactérias ou cultura de células de mamíferos", disseram eles."Proteínas complexas de mamíferos e anticorpos monoclonais são produzidos principalmente pela cultura de células transgênicas de mamíferos, enquanto proteínas mais simples são geralmente produzidas por E. coli."
"Devido aos altos custos de capital e mídia, e à complexidade inerente da cultura de células de mamíferos, as proteínas produzidas pela cultura de células de mamíferos são muito caras", acrescentaram. "A produção bacteriana é geralmente mais econômica em termos de componentes de mídia, mas as bactérias são muitas vezes ineficientes na produção de proteínas complexas adequadamente dobradas, exigindo uma etapa de desnaturação e renaturação que adiciona custos significativos à produção de proteínas bacterianas."
Os cientistas disseram que a porcentagem de proteínas humanas produzidas em suas culturas de algas que foram devidamente dobradas em três dimensões era comparável à fração produzida por culturas de células de mamíferos e muito melhor do que a produzida por sistemas bacterianos. E como as algas geram sua energia a partir da luz solar e têm necessidades de nutrientes relativamente simples, eles disseram que os custos para usá-las em larga escala para produzir comercialmente proteínas humanas devem ser muito menores do que para a cultura de células de mamíferos, que exige instalações caras de fermentação.
Para conduzir seu estudo, os cientistas escolheram sete proteínas que estavam sendo usadas atualmente como tratamentos padrão para doenças ou estão passando por testes clínicos em humanos. Eles incluem o interferon β1 humano, que é usado para tratar a esclerose múltipla e custa aos pacientes de US$ 1.600 a US$ 2.000 por um mês; eritropoietina humana ou EPO, utilizada para aumentar a produção de hemácias em pacientes submetidos à quimioterapia; e pró-insulina humana, um hormônio com um mercado multibilionário usado para tratar diabetes tipo 1. Duas outras proteínas foram o fator de crescimento endotelial vascular humano ou VEGF, usado para tratar pacientes que sofrem de enfisema pulmonar, e a proteína B1 do grupo de alta mobilidade (HMGB1), que ativa células imunes e está sendo investigada por seu potencial para melhorar outras terapias contra o câncer. As duas proteínas restantes eram os domínios 10 e 14 da fibronectina humana, que estão sendo investigados por sua capacidade de imitar certos tipos de anticorpos.
Mayfield e seus colegas do The Scripps Research Institute demonstraram há dois anos que poderiam produzir uma proteína amilóide sérica de mamífero a partir de algas e, no ano passado, demonstraram sucesso na produção de um anticorpo humano. Ambas as proteínas tinham atividades biológicas semelhantes às proteínas reais de células de mamíferos.
"Essa foi a prova de conceito", disse Mayfield. "Isso nos mostrou que o sistema funciona - que poderíamos produzir proteínas complexas de mamíferos em algas. O que fizemos neste próximo estudo foi dizer: 'Vamos pegar sete proteínas terapêuticas humanas diversas e ver se podemos expressá-las em algas e relatar o bom e ruim.'"
Os cientistas descobriram que em algas eles eram capazes de produzir VEGF, HMGB1 e domínio 14 de fibronectina humana em níveis acima de um por cento da proteína solúvel total, níveis suficientes para fácil purificação. O domínio 10 da fibronectina humana também pode ser produzido a partir de algas nesses níveis quando fundidos à proteína M-SAA, que eles usaram anteriormente para aumentar o acúmulo de outras proteínas. A pró-insulina humana pode ser produzida por algas, mas apenas em níveis mais baixos, mostrou o estudo, enquanto o interferon β1 humano e a EPO não foram produzidos por algas.
"O que nossos resultados mostram é que as algas são uma plataforma robusta para a produção de proteínas terapêuticas humanas", disse Mayfield. "Embora nem toda proteína possa ser produzida em algas, uma boa fração pode, assim como em qualquer outro sistema. Você pode obter expressão de cerca de 25% em bactérias e cerca de 40 a 50% em células de mamíferos, então estamos no mesmo ball park como esses outros sistemas."
O que torna as algas particularmente atraentes em comparação com os sistemas bacterianos e mamíferos, dizem os cientistas, é sua capacidade de produzir proteínas de forma barata e em grande escala. Com as algas sendo produzidas atualmente a cerca de US$ 3 por quilo em escala comercial, os pesquisadores estimam que a produção de proteína recombinante custaria cerca de 60 centavos de dólar por grama antes da purificação.
"Esta é aproximadamente a mesma estimativa de custo para os sistemas de expressão de proteínas mais baratos atualmente disponíveis, e consideravelmente mais barato do que a cultura de células de mamíferos", disseram eles em seu artigo. Com as melhorias esperadas na capacidade de expressar proteínas em algas, "e a redução contínua no custo da biomassa de algas associada aos esforços em grande escala para usar algas para produção de biocombustíveis, prevemos uma redução de pelo menos dez vezes nos custos nos próximos anos, o que deve tornar a produção de proteínas de algas a plataforma mais barata disponível. Esse custo reduzido de mercadorias, juntamente com a capacidade de escalar rapidamente a produção em biorreatores baratos, sugere que as algas podem se tornar uma plataforma economicamente superior para a produção de proteínas terapêuticas no futuro."
Em um esforço separado, mas relacionado, Mayfield e seus colegas estão usando várias espécies de algas para investigar formas de gerar formas renováveis de combustível de transporte a partir de algas que poderiam eventualmente ser competitivas com o custo da gasolina.
Outros pesquisadores envolvidos no estudo de proteínas terapêuticas foram Beth Rasala e Michal Jager da UCSD; Machiko Muto do TSRI; Mike Mendez, Philip Lee, Rosa Cardoso e Craig Behnke da Sapphire Energy; e Peter Kirk e Roberto Creo da ProtElix. Subsídios e outros apoios financeiros dos Institutos Nacionais de Saúde, da Sapphire Energy e da Fundação de San Diego apoiaram o estudo.
