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 podrían convertirse en productos comercialmente valiosos para las industrias agrícola [2] [3] , acuicultura [4] [5] biorremediación [ 4] [6] cosmética [ 7] [8] nanotecnología [ 4] [9] o farmacéutica [2] [10] . En la industria farmacéutica, por ejemplo, casi un tercio de todos los medicamentos de moléculas pequeñas aprobados por la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) entre 1981 y 2014 fueron productos naturales o compuestos derivados de productos naturales. [11]
Las plantas terrestres , los hongos y las actinobacterias han sido el foco de muchos programas de bioprospección anteriores, [12] pero está creciendo el interés en ecosistemas menos explorados (por ejemplo, mares y océanos) y organismos (por ejemplo, mixobacterias , arqueas ) como un medio para identificar nuevos compuestos con nuevas actividades biológicas . [7] [10] [13] [14] Las especies pueden examinarse aleatoriamente para determinar su bioactividad o seleccionarse y examinarse racionalmente en función de información ecológica , etnobiológica , etnomédica , histórica o genómica . [10] [15] [16]
Cuando los recursos biológicos o el conocimiento indígena de una región son apropiados de manera poco ética o explotados comercialmente sin proporcionar una compensación justa, esto se conoce como biopiratería . [12] [17] 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 el Convenio de las Naciones Unidas sobre la Diversidad Biológica y el Protocolo de Nagoya . [2] [10] La OMPI está negociando actualmente más tratados para cerrar las brechas en este campo.
Otros riesgos asociados con la bioprospección son la sobreexplotación de especies individuales y el daño ambiental, pero se ha desarrollado legislación para combatirlos también. Los ejemplos incluyen leyes nacionales como la Ley de Protección de Mamíferos Marinos de los Estados Unidos y la Ley de Especies en Peligro de Extinción de los Estados Unidos , 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 , el Tratado sobre la Biodiversidad Más Allá de las Jurisdicciones Nacionales y el Tratado Antártico . [10] [18]
Los recursos y productos derivados de la bioprospección que se utilizan en la agricultura incluyen biofertilizantes , biopesticidas y antibióticos veterinarios . Rhizobium es un género de bacterias del suelo que se utilizan como biofertilizantes, [20] Bacillus thuringiensis (también llamado Bt) y las annoninas (obtenidas de las semillas de la planta Annona squamosa ) son ejemplos de biopesticidas, [21] [22] [19] [23] 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. [24] [25]
Entre los productos de bioprospección utilizados en la biorremediación se incluyen las enzimas lacasas 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 . [9]
Los productos cosméticos y de cuidado personal obtenidos de la bioprospección incluyen mezclas de oligosacáridos y oligoelementos derivados de Porphyridium cruentum utilizados para tratar el eritema ( rosácea , enrojecimiento y ojeras ), [7] zeaxantina derivada de Xanthobacter autotrophicus utilizada para la hidratación de la piel y la protección UV , [8] colagenasas derivadas de Clostridium histolyticum utilizadas para la regeneración de la piel , [8] y queratinasas derivadas de Microsporum utilizadas para la depilación . [8]
Debido a que las lacasas microbianas tienen una amplia gama de sustratos , se pueden utilizar en 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 aguas residuales . [9]
Muchos de los fármacos antibacterianos de uso clínico actual se descubrieron a través de la bioprospección, incluidos los aminoglucósidos , tetraciclinas , anfenicoles , polimixinas , cefalosporinas y otros antibióticos β-lactámicos , macrólidos , pleuromutilinas , glicopéptidos , rifamicinas , lincosamidas , estreptograminas y antibióticos de ácido fosfónico . [10] [26] 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 (por ejemplo, lefamulina ) se descubrieron y desarrollaron a partir de los hongos basidiomicetos Omphalina mutila y Clitopilus passeckerianus . [10] [24]
Otros ejemplos de fármacos antiinfecciosos derivados de la bioprospección incluyen el fármaco antimicótico griseofulvina (descubierto a partir del hongo del suelo Penicillium griseofulvum ), [27] el fármaco antimicótico y antileishmanial anfotericina B (descubierto a partir de la bacteria del suelo Streptomyces nodosus ), [28] el fármaco antipalúdico artemisinina (descubierto a partir de la planta Artemisia annua ), [1] [29] y el fármaco antihelmíntico ivermectina (desarrollado a partir de la bacteria del suelo Streptomyces avermitilis ). [30]
También se han desarrollado fármacos derivados de la bioprospección para el tratamiento de enfermedades y afecciones no transmisibles . Entre ellos se incluyen el fármaco anticancerígeno bleomicina (obtenido de la bacteria del suelo Streptomyces verticillus ), [31] el fármaco inmunosupresor ciclosporina utilizado para tratar enfermedades autoinmunes como la artritis reumatoide y la psoriasis (obtenido del hongo del suelo Tolypocladium inflatum ), [32] el fármaco antiinflamatorio colchicina utilizado para tratar y prevenir los brotes de gota (obtenido de la planta Colchicum autumnale ), [1] el fármaco analgésico ziconotida (desarrollado a partir del caracol cono Conus magus ), [13] y el inhibidor de la acetilcolinesterasa galantamina utilizado para tratar la enfermedad de Alzheimer (obtenido de plantas del género Galanthus ). [33]
La bioprospección tiene fortalezas y debilidades como estrategia para descubrir nuevos genes, moléculas y organismos adecuados para el desarrollo y la comercialización.
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 . Esto 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 fármacos . [10]
Los productos naturales también son más fáciles de transportar a través de la membrana que los compuestos sintéticos, lo que resulta ventajoso a la hora de desarrollar fármacos antibacterianos , que pueden necesitar atravesar tanto una membrana externa como una membrana plasmática para llegar a su objetivo. [10]
Para que funcionen algunas innovaciones biotecnológicas , 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 operar a 60 °C y más. [14] En otras situaciones, por ejemplo la desfosforilación , puede ser deseable realizar la reacción a baja temperatura. [13] La bioprospección extremófila es una fuente importante de dichas enzimas, que producen enzimas termoestables como la polimerasa Taq (de Thermus aquaticus ), [14] y enzimas adaptadas al frío como la fosfatasa alcalina del camarón (de Pandalus borealis ). [13]
Ahora que la mayoría de los países han ratificado el Convenio sobre la Diversidad Biológica (CDB), la bioprospección tiene el potencial de unir a las naciones ricas en biodiversidad y tecnológicamente avanzadas, y beneficiarlas tanto en el plano educativo como en el económico (por ejemplo, intercambio de información, transferencia de tecnología , desarrollo de nuevos productos , pago de regalías ). [2] [35]
En el caso de las moléculas útiles identificadas mediante bioprospección microbiana , es posible aumentar la producción a un costo razonable porque el microorganismo productor puede cultivarse en un biorreactor . [8] [36]
Aunque se sabe que existen en la naturaleza algunos microorganismos potencialmente muy útiles (por ejemplo, microbios que metabolizan lignocelulosa ), se han encontrado dificultades para cultivarlos en un entorno de laboratorio. [38] Este problema se puede resolver mediante la manipulación genética de organismos más fáciles de cultivar, como Escherichia coli o Streptomyces coelicolor, para expresar el grupo de genes responsable de la actividad deseada. [14] [39]
Aislar e identificar el compuesto o los compuestos responsables de la actividad de un extracto biológico puede ser difícil. [39] Además, la elucidación posterior del mecanismo de acción del compuesto aislado puede llevar mucho tiempo. [39] Los avances tecnológicos en cromatografía líquida , espectrometría de masas y otras técnicas están ayudando a superar estos desafíos. [39]
La aplicación y el cumplimiento de los tratados y la legislación relacionados con la bioprospección no siempre es fácil. [2] [35] El desarrollo de fármacos es un proceso inherentemente costoso y que requiere mucho tiempo, con bajas tasas de éxito, y esto dificulta la cuantificación del valor de los productos potenciales al redactar acuerdos de bioprospección. [2] Los derechos de propiedad intelectual también pueden ser difíciles de otorgar. Por ejemplo, los derechos legales sobre una planta medicinal pueden ser discutibles si ha sido descubierta por diferentes personas en diferentes partes del mundo en diferentes momentos. [2]
Aunque la complejidad estructural de los productos naturales suele ser ventajosa para el descubrimiento de fármacos, puede dificultar la fabricación posterior de los fármacos candidatos. 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, cuyo análogo simplificado, la eribulina, ahora está aprobado y comercializado como fármaco contra el cáncer . [40]
Pueden ocurrir errores y descuidos en diferentes etapas del proceso de bioprospección, incluida la recolección del material fuente, el análisis del material fuente para determinar su bioactividad , la prueba de la toxicidad de los compuestos aislados y la identificación del mecanismo de acción .
Antes de recolectar material biológico o conocimiento tradicional , se deben obtener los permisos correspondientes del país de origen, el propietario de la tierra, etc. De no hacerlo, se pueden iniciar procesos penales y rechazar cualquier solicitud de patente posterior . También es importante recolectar material biológico en cantidades adecuadas, identificarlo formalmente y depositar un ejemplar de referencia en un depósito para su conservación y almacenamiento a largo plazo. Esto ayuda a garantizar que cualquier descubrimiento importante sea reproducible. [10] [13]
Al probar extractos y compuestos aislados para bioactividad y toxicidad, es deseable el uso de protocolos estándar (p. ej. CLSI , ISO , NIH , EURL ECVAM , OCDE ) porque esto mejora la precisión y reproducibilidad de los resultados de la prueba. Además, si es probable que el material de origen contenga compuestos activos conocidos (previamente descubiertos) (p. ej. estreptomicina en el caso de actinomicetos), entonces es necesaria la desreplicación para excluir estos extractos y compuestos del proceso de descubrimiento lo antes posible. Además, es importante considerar los efectos del solvente en las células o líneas celulares que se están probando, incluir compuestos de referencia (es decir, compuestos químicos puros para los que hay datos precisos de bioactividad y toxicidad disponibles), establecer límites en el número de pases de la línea celular (p. ej. 10-20 pases), 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. [10] [13]
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 , proporciona una imagen muy incompleta del efecto de un extracto o compuesto en el cuerpo humano. [41] [42] 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, incluida la interacción con los receptores GABA y la relajación del músculo liso . [41] El mecanismo de acción de un compuesto aislado también puede identificarse erróneamente si se utiliza un solo ensayo porque algunos compuestos interfieren con los ensayos. Por ejemplo, el ensayo de eliminación 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 cisteínas. [42]
El término biopiratería fue acuñado por Pat Mooney [ 43] para describir una práctica en la que el conocimiento indígena de la naturaleza, originado en los pueblos indígenas , es utilizado por otros con fines de lucro, sin autorización ni compensación para los propios pueblos indígenas. [44] Por ejemplo, cuando los bioprospectores recurren al conocimiento indígena de plantas medicinales que luego es patentado por empresas médicas sin reconocer el hecho de que el conocimiento no es nuevo ni 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. [45] Los críticos de esta práctica, como Greenpeace [46] , 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 . [45]
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 compuestos novedosos. [43]
El caso de la vincapervinca rosada data de la década de 1950. La vincapervinca rosada, aunque originaria de Madagascar , se había introducido ampliamente en otros países tropicales de todo el mundo mucho antes del descubrimiento de la vincristina . Se informa que diferentes países han adquirido diferentes creencias sobre las propiedades médicas de la planta. [47] Esto significó 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 cambio, se descubrió su eficacia en el tratamiento tanto del linfoma de Hodgkin como de la leucemia . [48] El fármaco quimioterapéutico para el linfoma de Hodgkin, vinblastina, se deriva de la vincapervinca rosada. [49]
La controversia sobre la bioprospección maya del ICBG tuvo lugar entre 1999 y 2000, cuando varias ONG y organizaciones indígenas acusaron al Grupo Cooperativo Internacional de Biodiversidad ( ICBG, por sus siglas en inglés) dirigido por el etnobiólogo Brent Berlin de participar en formas poco éticas de bioprospección. El ICBG tenía como objetivo documentar la biodiversidad de Chiapas ( México ) y el conocimiento etnobotánico del pueblo indígena maya , con el fin de determinar si existían posibilidades de desarrollar productos médicos basados en alguna de las plantas utilizadas por los grupos indígenas. [50] [51]
El caso del ICBG Maya 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 previo e informado de los potenciales bioprospectores. [52]
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 toda la India y Nepal . [53] [54] [55] En 2000, varios grupos de la UE y la India, incluido el Partido Verde de la UE, Vandana Shiva y la Federación Internacional de Movimientos de Agricultura Orgánica (IFOAM), se opusieron con éxito a la patente sobre la base de que la actividad fungicida del extracto de neem se conocía desde hacía mucho tiempo en la medicina tradicional india . [55] WR Grace apeló y perdió en 2005. [56]
En 1997, la empresa estadounidense RiceTec (una filial de RiceTec AG de Liechtenstein) intentó patentar ciertos híbridos de arroz basmati y arroz semienano de grano largo. [57] El gobierno indio impugnó esta patente y, en 2002, quince de las veinte reivindicaciones de la patente fueron invalidadas. [58]
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El frijol Enola es una variedad del frijol amarillo mexicano , llamado así en honor a la esposa del hombre que lo patentó en 1999. [59] La supuesta característica distintiva de la variedad son las semillas de un tono específico de amarillo. El titular de la patente posteriormente demandó a un gran número de importadores de frijoles amarillos mexicanos con el siguiente resultado: "... las ventas de exportación cayeron inmediatamente más del 90% entre los importadores que habían estado vendiendo estos frijoles durante años, lo que causó daños económicos a más de 22.000 agricultores en el norte de México que dependían de las ventas de este frijol". [60] 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. [61]
Hoodia gordonii , una planta suculenta , es originaria del desierto de Kalahari en Sudáfrica . Durante generaciones, el pueblo san, que vive tradicionalmente en la zona, la ha conocidocomo un supresor del apetito . En 1996, el Consejo de Investigación Científica e Industrial de Sudáfrica comenzó a trabajar con empresas, incluida Unilever , para desarrollar suplementos dietéticos basados en Hoodia . [62] [63] [64] [65] Originalmente, no se esperaba que el pueblo san recibiera 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 entre el 6 y el 8% de los ingresos de la venta de productos de Hoodia . [66]
En 2008, después de haber invertido 20 millones de euros en I+D sobre Hoodia como posible ingrediente en suplementos dietéticos para bajar de peso, Unilever finalizó el proyecto porque sus estudios clínicos no demostraron que Hoodia fuera lo suficientemente seguro y eficaz para comercializarlo. [67]
A continuación se presenta una selección de otros casos recientes de biopiratería, la mayoría de los cuales no están relacionados con la medicina tradicional.
Un error muy común es que las compañías farmacéuticas patentan las plantas que recolectan. Si bien no es posible obtener una patente sobre un organismo natural tal como se conocía o utilizaba anteriormente, se pueden obtener patentes sobre sustancias químicas específicas aisladas o desarrolladas a partir de plantas. A menudo, estas patentes se obtienen con un uso declarado e investigado de esas sustancias químicas. [ cita requerida ] Generalmente, la existencia, estructura y síntesis de esos compuestos no forma 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 técnica anterior, ese conocimiento por sí solo no hace que el compuesto químico activo sea "obvio", que es el estándar aplicado en la ley de patentes.
En los Estados Unidos , la ley de patentes puede utilizarse para proteger compuestos "aislados y purificados" -incluso, en un caso, un nuevo elemento químico (véase USP 3.156.523). En 1873, Louis Pasteur patentó una "levadura" que estaba "libre de enfermedades" (patente n.° 141072). Las patentes que cubren invenciones biológicas han recibido un tratamiento 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 estadounidense permite patentes sobre "todo lo que existe bajo el sol que es creado 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". [76]
La legislación estadounidense también permite patentar un cultivar , una nueva variedad de un organismo existente. La patente del frijol Enola (ahora revocada) [77] fue un ejemplo de este tipo de patente. Las leyes de propiedad intelectual de los EE. UU. también reconocen los derechos de los obtentores de plantas en virtud de la Ley de Protección de Variedades Vegetales , 7 USC §§ 2321–2582. [78]
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 el consentimiento informado para acceder a esos recursos y deben compartir cualquier beneficio con el país rico en biodiversidad. [80] Sin embargo, algunos críticos creen que el CDB no ha logrado establecer regulaciones apropiadas para prevenir la biopiratería. [81] Otros afirman que el problema principal es el fracaso de los gobiernos nacionales para aprobar leyes apropiadas para implementar las disposiciones del CDB. [82] El Protocolo de Nagoya del CDB, que entró en vigor en 2014, proporciona regulaciones adicionales. [83] El CDB ha sido ratificado, se ha adherido o aceptado por 196 países y jurisdicciones en todo el mundo, con excepciones que incluyen la Santa Sede y los Estados Unidos . [79]
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. [2] Los contratos de bioprospección establecen las reglas de distribución de beneficios entre investigadores y países, y pueden generar regalías para los países menos desarrollados . Sin embargo, aunque estos contratos se basan en el consentimiento informado previo y la compensación (a diferencia de la biopiratería), no siempre se consulta o compensa a todos los propietarios o portadores de conocimientos y recursos indígenas, [84] ya que sería difícil garantizar que se incluya a todos los individuos. [85] Debido a esto, algunos han propuesto que las comunidades indígenas u otras comunidades formen un tipo de microgobierno representativo que negociaría con los investigadores para formar contratos de tal manera que la comunidad se beneficie de los acuerdos. [85] Los contratos de bioprospección no éticos (a diferencia de los éticos) pueden verse como una nueva forma de biopiratería. [81]
Un ejemplo de contrato de bioprospección es el acuerdo entre Merck y el INBio de Costa Rica . [86]
Debido a casos anteriores de biopiratería y para prevenir más 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 lugar a la Biblioteca Digital de Conocimientos Tradicionales en 2001. [87] Los textos se están grabando del tamil , sánscrito , urdu , persa y árabe ; se ponen a disposición de las oficinas de patentes en inglés, alemán, francés, japonés y español. El objetivo es proteger el patrimonio de la India de ser explotado por empresas extranjeras. [88] Cientos de posturas de yoga también se conservan en la colección. [88] La biblioteca también ha firmado acuerdos con las principales oficinas de patentes internacionales , como la Oficina Europea de Patentes (OEP), la Oficina de Patentes y Marcas 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 las Oficinas Internacionales de Patentes acceder a las bases de datos de la TKDL para fines de búsqueda y examen de patentes. [73] [89] [90]
{{cite book}}: Mantenimiento de CS1: falta la ubicación del editor ( enlace ){{cite book}}: Mantenimiento de CS1: falta la ubicación del editor ( enlace ){{cite book}}: Mantenimiento de CS1: falta la ubicación del editor ( enlace )El CDB establece que los beneficios derivados del uso de los recursos genéticos deben compartirse de manera justa y equitativa (Rau, 2010)