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La biología sintética podría acelerar la producción de vacunas contra la influenza
La biología sintética está dando nueva vida al antiguo mundo de la producción de vacunas, lo que genera esperanzas de que los fabricantes puedan lanzar vacunas mucho más rápidamente cuando se produzcan brotes.
En un encuentro sobre biología sintética celebrada en el MIT, la compañía farmacéutica Novartis dijo que ha sintetizado genomas híbridos de la gripe en un proceso que podría reducir semanas el tiempo necesario para producir vacunas. Cuando surge una nueva cepa de gripe, las agencias gubernamentales normalmente envían muestras a los fabricantes de vacunas, quienes cultivan grandes cantidades del patógeno en los huevos de gallina como material de partida para las vacunas, dice Philip Dormitzer , líder de la investigación de vacunas virales para Novartis. Este proceso puede llevar meses y puede perder el pico de un brote. Pero Novartis, en colaboración con biólogos sintéticos, ha desarrollado una forma de sintetizar químicamente genomas de virus y hacerlos crecer en células de cultivo de tejidos. Eso ahorra tiempo y puede producir vacunas más eficaces.
La idea es crear un virus sintético basado en datos de secuencia que se puedan distribuir mucho más rápidamente que el material viral real recolectado en el sitio de un brote. El genoma viral sintético combina una estructura genómica común a muchos virus de la gripe con genes específicos de las cepas observadas en un nuevo brote. En 2011, el equipo probó su método en respuesta a un brote simulado de un virus de la gripe aviar (uno estrechamente relacionado con el virus H7N9 que se está propagando actualmente en China). A partir de las 8 a.m. del lunes de ese año, el equipo comenzó a sintetizar químicamente un genoma viral basado en datos de secuencia, dice Dormitzer. Para el mediodía del viernes siguiente, el equipo había confirmado que había un virus vivo creciendo en cultivo celular.
Hasta hace poco, la mayoría de los esfuerzos de biología sintética se han centrado en la ingeniería genética de bacterias para producir compuestos deseables como medicamentos (ver Los microbios pueden producir medicamentos contra la malaria en masa) o combustible (ver Las bacterias producen diesel a partir de biomasa); no han involucrado a humanos ni a otros mamíferos. Pero eso está cambiando. La biología sintética de mamíferos, que implica la modificación de los circuitos genéticos de los mamíferos, se encuentra todavía en una infancia relativa, dice Jim Collins , biólogo sintético de la Universidad de Boston. Solo hay un puñado de grupos en el espacio y es muy difícil hacer esa ingeniería, dice.
En otro trabajo descrito en la reunión de Cambridge, Pam Silver , un biólogo sintético de la Escuela de Medicina de Harvard, presentó métodos para la computación basada en células, en los que se pueden construir puertas lógicas a partir de proteínas diseñadas. Una aplicación de estas herramientas es un circuito genético que permite a las células recordar si estuvieron expuestas a la radiación, incluso después de que la radiación haya desaparecido. Hasta ahora, ella y su equipo han construido un circuito de este tipo en células de levadura, pero dice que la tecnología podría transferirse a las células humanas. Esa podría ser una situación útil en la terapia y a largo plazo para los viajes espaciales, y también para simplemente informar sobre las experiencias de las células en el cuerpo, dice Silver.
Algunos esfuerzos para aplicar la biología sintética a la salud se centran en programar las células madre para que se comporten como células naturales que se han perdido debido a una enfermedad. Douglas Melton , biólogo molecular y celular de la Universidad de Harvard, está programando células madre para reemplazar las células productoras de insulina y sensibles a la glucosa que se pierden en la diabetes tipo 1. Esta condición generalmente surge de una reacción autoinmune contra las células beta del páncreas, que deja al cuerpo sin insulina.
Melton y su laboratorio están trabajando hacia una tecnología en la que las células beta y otras células involucradas en la regulación del azúcar en sangre puedan ser reemplazadas por colecciones encapsuladas de células maduras derivadas de células madre. El desafío será producir los tipos celulares diferenciados finales utilizando hormonas u otras señales químicas para guiar el proceso de desarrollo. Lo que uno quiere entender es cómo instruir a la célula sobre qué genes debe activar y desactivar, dice Melton.
Pero replicar los procesos naturales del desarrollo celular no es fácil. Melton dice que su grupo puede producir células beta que producen insulina, pero el proceso es imperfecto. Aproximadamente la mitad de las células hacen lo que quieres hacer, dice. No sabemos cómo decirle a las células que sean solo células beta. Y las células beta cultivadas no tienen la respuesta finamente ajustada a la glucosa que tienen las células del cuerpo: las células beta tienen que detectar los niveles de glucosa y luego arrojar la cantidad correcta de insulina, dice. Nuestras células responderán a la glucosa, pero no con mecanismos de detección precisos. Por lo general, arrojan insulina al primer [signo] de glucosa.
Otros investigadores esperan diseñar circuitos completamente nuevos en las células para ayudar a los pacientes con diabetes. Martín Fussenegger , un bioingeniero del Instituto Federal Suizo de Tecnología, describió un sistema molecular en el que las células se modifican con genes que pueden detectar niveles bajos de pH en la sangre, un signo de un estado diabético. En respuesta, dice, las células manipuladas producirán insulina para regular mejor los niveles de azúcar en sangre y calmar el estado diabético.
Este tipo de ingeniería generalmente depende de los virus para modificar los genes de modo que las células realicen tareas útiles. Pero ese método es arriesgado: el ADN introducido podría integrarse en el genoma en una ubicación desafortunada que podría conducir al cáncer. Harvey Lodish , biólogo celular del MIT, está trabajando en una tecnología que podría evitar ese problema: glóbulos rojos fabricados en laboratorio. Una vez que estas células se modifican, expulsarán el virus en el curso de su proceso de desarrollo natural.
La belleza de los glóbulos rojos es que son prácticamente la única célula del cuerpo sin núcleo, dice Lodish. Para cuando entran en circulación, han perdido su ADN y se mantienen estables durante 120 días sin riesgo de tumores.
En el método de Lodish, un retrovirus transporta un nuevo gen al genoma de las células progenitoras que eventualmente producirán glóbulos rojos. La célula usa ese nuevo gen para producir una versión modificada de proteínas que se encuentran en la superficie del glóbulo rojo maduro incluso después de que la célula ha perdido su ADN. La proteína de superficie modificada se diseñó para que otros compuestos se le puedan unir fácilmente: anticuerpos que podrían absorber sustancias tóxicas en la sangre o fármacos de molécula pequeña para atacar cánceres u otras células enfermas. Lodish cree que la tecnología es un enfoque más seguro para utilizar la biología sintética en el cuerpo humano.