A Estudio de 2019 publicado en el Journal of Cleaner Production states that the pharmaceutical industry’s emissions are 55% higher than that of automobiles. These problems are made worse by the fact that many life-saving medications require complex chemicals that are costly and time-consuming to produce using traditional techniques. The pharmaceutical industry is considering biosynthesis as a possible way forward as the need for creative, long-lasting, and effective solutions increases.
Introducción a la biosíntesis
¿Qué es entonces la biosíntesis? En palabras sencillas, La biosíntesis es un proceso natural. En la que los organismos vivos producen moléculas complejas como proteínas, antibióticos y vitaminas. Implica el uso de células vivas (por ejemplo, bacterias, hongos, plantas o incluso células animales) para producir moléculas comercialmente valiosas de manera controlada y escalable.
Este enfoque contrasta marcadamente con la síntesis química convencional, en la que los científicos crean moléculas desde cero mediante reacciones químicas de varios pasos. A pesar de su eficacia, la síntesis química suele requerir un gran consumo de energía y circunstancias difíciles, como altas temperaturas, residuos peligrosos y disolventes tóxicos. Por otro lado, la biosíntesis reduce en gran medida el impacto ambiental de la producción médica, ya que se lleva a cabo en entornos templados y basados en agua. Además, los compuestos complejos que normalmente son difíciles de sintetizar mediante métodos convencionales se producen con frecuencia en mayores cantidades a través de ella.
Pensemos en la producción de insulina, un fármaco que salva vidas a millones de pacientes con diabetes. Originalmente, la insulina se obtenía del páncreas animal, un proceso costoso e ineficiente. Sin embargo, las bacterias modificadas genéticamente son capaces de producir insulina humana a partir de ella en mayores cantidades, lo que mejora tanto la disponibilidad como la asequibilidad.
Now, let’s begin with 10 game-changing applications of it within the pharmaceutical industry.
10 aplicaciones de la biosíntesis en la industria farmacéutica
1. Biosíntesis y producción de antibióticos
Los antibióticos son un elemento fundamental de la medicina moderna. Antes del descubrimiento de los antibióticos, las enfermedades bacterianas eran generalmente mortales.
Es un proceso natural que nos ha proporcionado miles de antibióticos. La biosíntesis microbiana constituye la base de la mayoría de los antibióticos que se recetan como agentes terapéuticos, entre los que se incluyen la penicilina, la estreptomicina y la eritromicina. Por ejemplo, la producción biosintética de penicilina la realiza el hongo. Penicillium, descubierto por Alexander Fleming en 1928.
No sólo produce antibióticos naturales, sino también semisintéticos. Los antibióticos semisintéticos son una ligera modificación de los antibióticos naturales. Estos cambios mejoran la capacidad del medicamento para combatir los gérmenes resistentes, un problema que se está extendiendo cada vez más.
El mercado potencial de los antibióticos es enorme y debería alcanzar los 1.400 millones de toneladas métricas en 2025. Muchos creen que será cada vez más importante en la lucha contra la resistencia a los antibióticos.
Además, con tecnologías avanzadas como la biología sintética, los científicos pueden diseñar microbios para producir nuevos antibióticos. En un mundo donde la resistencia a los antibióticos puede hacer que hasta enfermedades simples sean mortales, estos descubrimientos ofrecen esperanza.
2. Biosíntesis en el desarrollo de fármacos contra el cáncer
La biosíntesis ha permitido realizar grandes avances en el tratamiento del cáncer. El paclitaxel (Taxol), un medicamento de quimioterapia esencial que se utiliza para el cáncer de pulmón, ovario y mama, es una de las soluciones más conocidas.
The Pacific yew tree’s bark was once used to make paclitaxel, but overharvesting seriously endangered the species. These days, paclitaxel is made through the scalable and sustainable biosynthesis of plant cell cultures.
Además de ofrecer una opción más respetuosa con el medio ambiente que la destrucción de las plantas, los métodos biosintéticos impulsan cambios que mejoran la eficacia de los medicamentos contra el cáncer. Por ejemplo, la doxorrubicina, un antibiótico antraciclínico esencial para el tratamiento del cáncer, se produce mediante la manipulación biosintética de microbios como Estreptomices.
También podría permitir la producción de medicamentos personalizados contra el cáncer que se adapten a la composición genética específica de cada individuo, lo que podría dar como resultado tratamientos más eficientes y específicos para los pacientes con cáncer.
3. Producción de vacunas mediante biosíntesis
La biosíntesis ha sido fundamental para el desarrollo de vacunas. Las vacunas convencionales utilizan con frecuencia cepas inactivadas o debilitadas de gérmenes o virus. Sin embargo, las vacunas recombinantes, que sintetizan una pequeña porción del patógeno en lugar del microbio completo, son posibles gracias a las técnicas biosintéticas.
Un buen ejemplo de vacunas fabricadas biosintéticamente es la vacuna contra la hepatitis B, que se fabrica en células de levadura. Los iniciadores de la vacuna son secuencias genéticas que, cuando se insertan en sitios específicos dentro de las células de levadura, permiten a los científicos producir en masa las proteínas necesarias para sintetizar el antígeno de superficie de la hepatitis B. Este proceso ha ayudado a prevenir millones de infecciones por hepatitis B en todo el mundo.
La importancia de esta tecnología para la producción de vacunas se demuestra mejor con el desarrollo de las vacunas contra la COVID-19. Las vacunas de Pfizer-BioNTech y Moderna dependen del ARN mensajero, que se biosintetiza para provocar una respuesta inmunitaria. La producción en masa y la distribución rápida de las vacunas salvaron numerosas vidas durante la pandemia.
4. Biosíntesis de insulina para el tratamiento de la diabetes
La diabetes, una enfermedad que se controla con insulina, afecta a más de 537 millones de personas en todo el mundo. La insulina se extraía del páncreas de animales como vacas y cerdos antes de la biosíntesis. Además de ser costoso y requerir mucho tiempo, este procedimiento conllevaba el riesgo de contaminación y complicaciones en forma de reacciones alérgicas.
Con la llegada de la tecnología del ADN recombinante en la década de 1980, bacterias como Escherichia coli Se utilizaron por primera vez para producir insulina humana, lo que revolucionó el proceso de producción de insulina. Este conocimiento permitió a las compañías farmacéuticas producir cantidades masivas de insulina insertando el gen de la insulina humana en el ADN bacteriano, lo que proporcionó a millones de diabéticos una fuente de insulina más estable, confiable y menos costosa.
Se proyecta que para 2025, el mercado mundial de insulina crecerá a más de 130 mil millones de dólares., donde la insulina biosintética ocupa una posición dominante. Otros avances, como las bombas de insulina y los análogos de insulina de acción prolongada, también han sido posibles gracias a la biosíntesis, lo que mejora la vida de los diabéticos.
5. Hormonas biosintéticas y productos biofarmacéuticos
Las hormonas controlan casi todas las actividades del cuerpo humano, incluido el crecimiento, las actividades químicas y las emociones. Antes de la biosíntesis recombinante, los productos biológicos como la hormona de crecimiento humana (hGH) se derivaban de productos naturales, lo que planteaba numerosos riesgos de contraer enfermedades como la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob.
Hoy en día, la tecnología del ADN recombinante facilita el desarrollo biosintético de la hGH, ofreciendo una fuente abundante y segura de la hormona. Se prevé que para 2027, el mercado mundial de hGH habrá crecido desde su valoración de 2021 de $4.6 mil millones a $8.5 mil millones. Otras hormonas esenciales, como la hormona folículo estimulante (utilizada en terapias de fertilidad) y la eritropoyetina (utilizada para tratar la anemia), se producen de manera similar a la hGH.
6. Biosíntesis de vitaminas y suplementos
La biosíntesis microbiana es fundamental para la producción de vitaminas. Una bacteria fundamental en el proceso de producción es Pseudomonas denitrificans, que biosintetiza la vitamina B12, un componente esencial para el funcionamiento nervioso y cerebral, así como para la producción de glóbulos rojos.
En esencia, ofrece un sustituto sostenible de los procesos químicos sintéticos, que suelen requerir un gran consumo de energía y son perjudiciales para el medio ambiente. Por ejemplo, se utiliza una técnica de fermentación de dos pasos que emplea bacterias modificadas genéticamente para producir vitamina C biosintética (ácido ascórbico). Este enfoque es más eficaz y respetuoso con el medio ambiente que la síntesis química estándar.
Las vitaminas fabricadas mediante biosíntesis tienen un mercado considerable y se espera que, para 2028, el mercado mundial de vitaminas y suplementos alcance los 196 mil millones de dólares. La fabricación de vitaminas y suplementos nutricionales dependerá cada vez más de la biosíntesis a medida que aumente la demanda de productos sostenibles y saludables por parte de los consumidores.
7. Anticuerpos monoclonales y biosíntesis
Uno de los avances más significativos de la medicina moderna es la aplicación de los anticuerpos monoclonales, especialmente en el tratamiento de infecciones bacterianas y víricas, trastornos autoinmunes y en el tratamiento del cáncer. Estos anticuerpos tienen un papel importante en la síntesis de proteínas destinadas a unirse y eliminar ciertos agentes extraños dentro del cuerpo.
Las células de ovario de hámster chino (CHO) son las líneas celulares de mamíferos comúnmente empleadas para la biosíntesis de anticuerpos monoclonales (mAb) para producir anticuerpos a gran escala. Las empresas farmacéuticas lo utilizan para lograr el mejor proceso de síntesis y producir anticuerpos altamente selectivos y productivos.
El rituximab es uno de los mejores ejemplos de anticuerpos monoclonales biosintéticos utilizados en el tratamiento de la leucemia y el linfoma. Se estima que la industria de los anticuerpos monoclonales alcanzará un valor de 163.000 millones de dólares en el año 2022 y de 345.000 millones de dólares en el año 2030. El campo de los fármacos seguirá siendo un área activa de investigación debido a los cambios en las técnicas de biosíntesis.
8. Biosíntesis en la producción de estatinas
Las estatinas, los fármacos que se utilizan para reducir los niveles de colesterol, se encuentran entre los medicamentos más consumidos en todo el mundo. Estos medicamentos disminuyen la posibilidad de desarrollar enfermedades cardíacas, la principal causa de muerte en el mundo en la actualidad. Lo consiguen al bloquear una enzima que interviene en la producción de colesterol.
La lovastatina, una de las primeras estatinas, se biosintetiza a partir del hongo Aspergillus terreusGracias a la biosíntesis, es posible producir estatinas a gran escala en las empresas farmacéuticas, lo que garantiza un suministro fiable y constante. También se han desarrollado varias estatinas biosintéticas, entre ellas la atorvastatina y la simvastatina, que ahora se utilizan ampliamente en la terapia.
Se estimó que el mercado de estatinas tenía un valor de 14.300 millones de dólares en 2020 y sigue expandiéndose, ya que las enfermedades cardíacas siguen siendo una preocupación grave. La biosíntesis ayuda a mantener la disponibilidad de estos medicamentos para millones de personas que los necesitan.
9. Química verde: sostenibilidad en la fabricación de medicamentos
A medida que la sostenibilidad en la fabricación de medicamentos gana atención mundial, la industria farmacéutica busca formas de reducir su impacto ambiental. La biosíntesis ofrece una solución a través de la química verde, que busca eliminar los desechos y el uso de sustancias químicas nocivas en la fabricación de medicamentos.
Un éxito notable de la química verde es la producción de artemisinina, un fármaco eficaz contra la malaria. La artemisinina se obtiene de la planta del ajenjo dulce mediante extracción, un procedimiento que requiere mucho tiempo y recursos. En la actualidad, los científicos han modificado genéticamente la levadura para producir artemisinina mediante técnicas biosintéticas, lo que proporciona un enfoque más eficiente y respetuoso con el medio ambiente para producir este medicamento que salva vidas.
Además de minimizar los efectos negativos del desarrollo de fármacos en el medio ambiente, la biosíntesis impulsa el suministro y, por lo tanto, la disponibilidad de estos importantes medicamentos. La industria farmacéutica está mejorando actualmente la química verde y la biosíntesis está en el centro de este impulso.
10. Biosíntesis en la medicina personalizada
La medicina personalizada es el camino del futuro y la biosíntesis será crucial para lograr este objetivo. Las técnicas biosintéticas se utilizan en terapia genética y vacunaciones personalizadas para desarrollar tratamientos personalizados para cada paciente.
Por ejemplo, la terapia génica emplea la biosíntesis para producir vectores virales que tratan enfermedades causadas por trastornos genéticos al insertar material genético específico en el cuerpo del paciente. También se están desarrollando vacunas mediante técnicas biosintéticas para predisponer inmunológicamente al cuerpo a atacar ciertos tumores.
La biosíntesis contribuirá enormemente al crecimiento del mercado global de la medicina personalizada, que se espera que alcance un valor de 1.479.600 millones de TPH en 2028. Este enfoque tiene el potencial de revolucionar la medicina al proporcionar tratamientos más efectivos y menos tóxicos para los pacientes.
Por qué la biosíntesis es más importante que nunca
A medida que cobran importancia cuestiones de salud globales como la resistencia a los antibióticos, la producción sostenible de medicamentos y la terapia individualizada, la biosíntesis proporciona remedios que la síntesis química convencional no puede ofrecer. He aquí el motivo:
- Sostenibilidad: La mayoría de los procedimientos químicos convencionales generan cantidades significativas de residuos y suelen incorporar productos químicos altamente corrosivos que conllevan riesgos ambientales: Sin embargo, la biosíntesis es una forma más natural y eficiente que utiliza organismos naturales para sintetizar moléculas desde cero.
- Eficiencia y escalabilidad: algunos de los compuestos orgánicos que son potencialmente difíciles o imposibles de sintetizar mediante la química convencional ahora se pueden sintetizar mediante biosíntesis. Las empresas farmacéuticas también pueden fabricar medicamentos a gran escala utilizando microbios o tejidos vegetales para satisfacer la creciente necesidad mundial.
- Lucha contra la resistencia a los antibióticos: debido al desarrollo de bacterias resistentes a los antibióticos, el concepto de biosíntesis se utiliza en el proceso de creación de nuevos antibióticos o de modificación de los mismos. La biología sintética permite programar eficazmente microbios que producen nuevos fármacos para combatir cepas resistentes.
- Innovación en el desarrollo de fármacos: mediante la biosíntesis se pueden sintetizar nuevas moléculas medicinales, terapias genéticas, productos biológicos y anticuerpos monoclonales. En general, la biosíntesis abre nuevos horizontes en el tratamiento de enfermedades como el cáncer, las enfermedades autoinmunes y los trastornos genéticos.
- Producción rentable: la biosíntesis reduce el coste de desarrollo de moléculas complejas para diversos procesos.
Por estas razones, la biosíntesis se está convirtiendo cada vez más en un concepto más extendido entre los procesos clave en la producción de fármacos modernos.
El futuro de la biosíntesis en productos farmacéuticos
En los últimos años, nuevas técnicas como la fermentación de precisión, la modificación genética con CRISPR y la biología sintética han convertido la biosíntesis en un proceso revolucionario en el descubrimiento de terapias. El uso de estas tecnologías permite controlar con precisión los agentes microbiológicos para producir con mayor facilidad medicamentos que salven vidas.
Organizaciones más grandes, como BaiLun Biotechnology Company, ofrecen Biorreactores o biomasa certificada GMP productores para apoyar a los OSV. Estos recursos hacen que incluso los procesos biosintéticos más complejos, como los necesarios para producir vacunas, productos biológicos y otros productos valiosos, sean más accesibles.
Las modificaciones genéticas mediante CRISPR permiten a las bacterias producir compuestos complejos que de otro modo serían difíciles de producir con técnicas tradicionales. Por lo tanto, la fermentación de precisión puede generar altos rendimientos de moléculas como la insulina o los anticuerpos monoclonales.
Además, la biosíntesis promete más avances evolutivos en el tratamiento personalizado. Las cepas microbianas que se puedan crear o construir mediante IA podrían eventualmente usarse para biosintetizar medicamentos específicos. Esta posibilidad aumenta las esperanzas de obtener medicamentos especializados para enfermedades raras.
Además de optimizar el uso de los recursos y la eliminación de sustancias químicas, la biosíntesis no solo mejora la atención sanitaria, sino que también promueve la sostenibilidad medioambiental. Para compensar la demanda de productos biológicos y garantizar una producción constante, las empresas farmacéuticas están empleando biorreactores, ya que tienen un bajo impacto en el medio ambiente.
La biosíntesis ofrece enormes posibilidades para los métodos de producción sostenibles que también pueden utilizarse para generar rápidamente medicamentos más seguros y eficaces. Las empresas que adoptan esta tecnología de forma temprana y aprovechan los dispositivos de próxima generación como De BaiLun fermentadores inteligentes Estará bien posicionada para liderar la próxima revolución farmacéutica.
Conclusión
Más allá de ser un mero medio para producir fármacos, la biosíntesis es una fuerza transformadora que influye en la dirección del sector farmacéutico. La biosíntesis ya ha revolucionado la medicina moderna al producir medicamentos que combaten el cáncer y salvan vidas. La biosíntesis impulsará más avances a medida que la investigación abra nuevas vías, especialmente en la química verde, la medicina personalizada y la fabricación sostenible de medicamentos.
Se espera que el mercado farmacéutico mundial crezca hasta alcanzar los 1,57 billones de dólares en 2026. La biosíntesis será cada vez más crítica. Además de proporcionar alternativas sostenibles y rentables para la producción de fármacos, la biosíntesis presenta nuevas posibilidades en los enfoques curativos que utilizan la naturaleza como su mejor herramienta.
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