O taxol é um medicamento quimioterápico amplamente utilizado – tem sido usado para tratar milhões de pacientes com câncer de ovário, mama e pulmão. Hoje, é produzido principalmente pela extração de seu precursor químico, a bacatina III, dos teixos. No entanto, como os teixos crescem lentamente, a quantidade de medicamento produzida por árvore é insignificante em comparação com sua demanda.
O Taxol é grande e complexo, o que o torna caro para ser fabricado sinteticamente. É por isso que, desde a década de 1990, os cientistas buscam identificar as enzimas que as árvores utilizam para produzir o Taxol, que pode então ser inserido em organismos como leveduras industriosas capazes de produzir o medicamento. “Precisamos mesmo de enzimas para construir esta molécula”, disse Conor McClune , pesquisador de pós-doutorado em engenharia química. “As enzimas costumam ser a maneira mais eficiente e limpa de realizar uma reação química.”
Agora, McClune e colegas descobriram uma nova maneira de observar genes de plantas. O esforço revelou diversas enzimas essenciais para a criação do Taxol, também conhecido como paclitaxel. As descobertas aproximam os pesquisadores do objetivo de produzir o medicamento de forma eficiente usando micróbios industriais, relatou a equipe na revista Nature em 11 de junho. “O Taxol tem sido o Santo Graal da biossíntese no mundo dos produtos naturais de plantas”, disse a autora sênior do estudo, Elizabeth Sattely , professora associada de engenharia química. “Ser capaz de usar uma estratégia de bioprodução para fabricar uma molécula como o Taxol é uma perspectiva realmente empolgante.”
Vale destacar que o teixo, árvore de crescimento lento e típica de regiões de clima temperado do Hemisfério Norte, não é encontrado naturalmente no Brasil. Espécies como o Taxus brevifolia, nativo da América do Norte, e o Taxus baccata, comum na Europa, são as principais fontes do Taxol. A dependência dessa árvore sempre foi um obstáculo para a indústria farmacêutica, tanto por questões ambientais — já que praticamente todas as partes do teixo são tóxicas e a extração ameaça sua preservação — quanto pela dificuldade de cultivo em larga escala. Esse é um dos motivos que tornam tão relevante o avanço de métodos biotecnológicos capazes de produzir o medicamento em laboratório, sem depender diretamente da planta.
Química misteriosa das árvores
Cientistas se esforçaram para espiar o laboratório do teixo. Comparado a uma bactéria como a E. coli – cujo cromossomo contém cerca de 4.000 genes – o genoma do teixo é enorme, com cerca de 50.000 genes. Determinar qual é o responsável pela produção do Taxol tem se mostrado difícil. Antes do estudo, 12 genes haviam sido identificados, mas o objetivo de produzir Taxol ou bacatina III ainda estava fora de alcance.
Para acelerar a busca, a equipe de Stanford desenvolveu um método de filtragem de milhares de enzimas, selecionando apenas aquelas necessárias para produzir o medicamento, inspirada no trabalho da coautora Polly Fordyce , professora associada de bioengenharia e genética. Eles cortaram agulhas de teixos e as colocaram em pratos com poços de água e fertilizante. Em seguida, estressaram intencionalmente suas amostras, adicionando hormônios e micróbios que induziram as agulhas a produzir compostos defensivos – incluindo Taxol.
Os pesquisadores trituraram as agulhas e retiraram cerca de 10.000 núcleos de suas células. Eles sequenciaram os núcleos e contaram seu RNA mensageiro. Isso permitiu aos cientistas ver quais genes foram ativados pelos estressores – quanto mais RNA, mais de um gene específico está sendo transcrito e transformado em proteínas. Dessa forma, a equipe pôde ver quais genes se alternavam, indicando que poderiam estar se unindo para produzir proteínas. Partindo dos 12 genes já identificados na produção de Taxol, os cientistas buscaram genes com os quais esse grupo inicial pudesse funcionar. Eles fizeram listas de genes promissores e, em seguida, inseriram esses candidatos em plantas de tabaco para verificar se eles promoviam a reação química que produz o Taxol.
Inserindo receitas de enzimas em micróbios industriais
O experimento produziu oito novos genes cruciais para a produção do medicamento. Um deles, chamado FoTO1, desempenha um papel especialmente importante na otimização e canalização da reação. As enzimas recém-identificadas eram as peças do quebra-cabeça que faltavam para produzir bacatina III. De fato, as plantas de tabaco produziram bacatina III em uma concentração maior do que a encontrada nos teixos. “Teoricamente, com um pouco mais de ajustes, poderíamos realmente produzir muito disso e não precisar mais do teixo para obter bacatina”, disse McClune, coautor principal do artigo.
A equipe também identificou uma enzima que catalisa uma das etapas químicas entre a bacatina e o Taxol, o que ajudou a expandir o caminho ainda mais além da bacatina – deixando apenas duas etapas finais faltando para o Taxol. Coincidentemente, em abril, cientistas da Universidade de Copenhague identificaram as duas últimas peças do quebra-cabeça enzimático que movem a reação da bacatina III para o Taxol. Juntos, os 22 genes agora descobertos podem representar a receita química do teixo. “Agora temos o conjunto completo de genes que nos permitiria sintetizar o Taxol do zero”, disse McClune.
Em um futuro próximo, os pesquisadores planejam verificar em plantas de tabaco se essas duas enzimas finais atuam em conjunto com os outros 20 genes para completar a síntese do Taxol. Se a receita estiver realmente completa, os genes que codificam essas enzimas poderão ser inseridos em um micróbio. Cepas de levedura poderiam ser transformadas em “fábricas químicas extremamente eficientes”, produzindo o medicamento em escala comercial, disse McClune.
De forma mais ampla, esse novo método para testar milhares de núcleos celulares pode permitir novas descobertas na química vegetal. Os teixos não são os únicos químicos vegetais enigmáticos. McClune e seus colegas estão agora estudando os genomas de culturas comuns. Esses vegetais são “repletos de enzimas que realizam uma química interessante”, disse McClune, “mas simplesmente não sabemos o que elas estão fazendo”.
