Biotecnología: sus conceptos básicos

La biotecnología se podría definir como el uso de sistemas biológicos que se encuentran en organismos o el uso de los organismos vivos para hacer avances tecnológicos y adaptar esas tecnologías a varios campos diferentes; estas incluyen aplicaciones en varios campos, desde la práctica agrícola hasta el sector médico.No solo incluye aplicaciones en campos que involucran a los vivos, sino cualquier otro campo donde se pueda aplicar la información obtenida del aspecto biológico de un organismo.

La biotecnología es particularmente vital cuando se trata del desarrollo de herramientas de tamaño microscópico y químicas, ya que muchas de las herramientas que utiliza la biotecnología existen a nivel celular.  Aunque hemos hecho uso de sus efectos durante más de 6000 años, según se calcula, en este momento puede hablarse de dos grandes tipos: la médica y la agrícola.

La biotecnología médica es el uso de células vivas y otros materiales celulares con el fin de mejorar la salud de los humanos. Esencialmente, se usa para encontrar curas, así como para deshacerse y prevenir enfermedades. La ciencia involucrada incluye el uso de estas herramientas con el propósito de investigar para encontrar formas diferentes o más eficientes de mantener la salud humana, comprender el patógeno y comprender la biología celular humana.

Aquí, la técnica se utiliza para producir medicamentos farmacéuticos, así como otros productos químicos para combatir enfermedades. Implica el estudio de bacterias, células vegetales y animales para comprender primero cómo funcionan en un nivel fundamental. Involucra en gran medida el estudio del ADN para conocer cómo manipular la composición genética de las células para aumentar la producción de características beneficiosas que los humanos pueden encontrar útiles, como la producción de insulina. Esto generalmente conduce al desarrollo de nuevos medicamentos y tratamientos, novedosos en el campo.

Fruto de este tipo de biotecnología son las vacunas y los antibióticos. Las vacunas son sustancias químicas que estimulan el sistema inmunitario del cuerpo para combatir mejor los patógenos cuando atacan el cuerpo. Lo logran insertando versiones atenuadas (debilitadas) de la enfermedad en el torrente sanguíneo del cuerpo.  Por otro lado se han logrado numerosos avances en el desarrollo de antibióticos que combaten los patógenos para los humanos. Muchas plantas se cultivan y modifican genéticamente para producir los anticuerpos; el método es más rentable que usar células o extraer estos anticuerpos de animales, ya que las plantas pueden producir estos anticuerpos en grandes cantidades.

La biotecnología agrícola se centra en el desarrollo de plantas genéticamente modificadas con el fin de aumentar los rendimientos de los cultivos o introducir características a esas plantas que les brindan una ventaja si es que crece en regiones que ponen algún tipo de factor de estrés en la planta; a saber, el clima y las plagas. En algunos casos, la práctica implica que los científicos identifiquen una característica, encuentren el gen que la causa y luego coloquen ese gen dentro de otra planta para que gane esa característica deseable, haciéndola más duradera o haciendo que produzca rendimientos más grandes que antes hizo.

La biotecnología ha proporcionado técnicas para la creación de cultivos que expresan características anti plagas de forma natural, haciéndolos muy resistentes a las plagas, en lugar de tener que seguir sacudiéndolas y rociándolas con pesticidas; un ejemplo de esto sería el hongo Bacillus thuringiensis, genes que se transfieren a los cultivos. Por otro lado, la cría selectiva ha sido una práctica que los humanos han practicado desde que comenzó la agricultura. Este método consiste en elegir los animales con las características más deseables para reproducirse entre sí, de modo que la descendencia resultante también exprese estos rasgos. Las características deseables incluían animales más grandes, animales más resistentes a las enfermedades y más animales domiciliarios, todos orientados a hacer que el proceso de cultivo sea lo más rentable posible.

Mitos y realidades sobre las patentes biotecnológicas

Entre los muchos debates que enriquecen la investigación y la innovación en biotecnología, probablemente ninguno tenga tanta intensidad como el de las patentes. El origen de este mecanismo de protección de la propiedad industrial se encuentra, sin embargo, en las cédulas de privilegio que concedían los reyes durante los siglos XVI y XVII. Por tanto, no es cierto que las patentes sean un sistema moderno en la I+D+i, ya que la primera cédula de privilegio fue concedida al inventor catalán Guillén Cabier en 1522 por desarrollar un instrumento de navegación.

Éste no es el único mito que podemos descubrir al estudiar las patentes. Aunque series tan populares como Orphan Black trasladan la idea equivocada de que las patentes son “un mecanismo de propiedad atemporal”, lo cierto es que la propia definición de patente contradice ese significado. La patente, según el Derecho mercantil, es “el título que reconoce el derecho de explotar en exclusiva durante veinte años la invención desarrollada”. Es decir, este mecanismo, regulado en España mediante la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes, no es un título de propiedad que se reconozca de manera infinita en el tiempo.

No es posible patentar descubrimientos científicos
Cuando hablamos de patentes biotecnológicas, y en particular, abordamos aquellas más polémicas, como las patentes de secuencias genéticas, no quiere decir que concedamos a un inventor “la propiedad sobre nuestro ADN”. En el caso de una patente de ácidos nucleicos, estaremos posibilitando que un científico o emprendedor pueda explotar comercialmente en exclusiva dicha invención. En otras palabras, el mecanismo de la patente evita el plagio y la explotación por terceros de nuestras invenciones, lo que no evita que algunas patentes puedan generar un intenso debate por su impacto en relación a otros derechos, como el de la protección de la salud.

Además, según recoge la Ley 10/2002, que incorpora al Derecho español la Directiva 98/44/CE, el sistema de patentes no permite proteger descubrimientos científicos, pues está restringido a aquellas invenciones que sean nuevas, hayan sido fruto de la actividad inventiva y cuenten con aplicación industrial. La regulación específica de las patentes biotecnológicas plantea algunas apreciaciones importantes en relación a la protección de determinadas invenciones, que en ningún caso pueden ir en contra de cláusulas como la moralidad o el orden público en la Unión Europea.

Los requisitos para conceder una patente no significan que este título sea el único mecanismo para proteger la propiedad industrial. También lo son otros instrumentos como los modelos de utilidad o el secreto industrial. Pero patentando una invención no sólo garantizamos que su autor disponga de veinte años para explotarla, sino también que deba hacer públicos todos los detalles sobre ella. La solicitud de patente, por tanto, debe incluir la descripción detallada y completa de la invención para que un experto en la materia pueda ejecutarla. Este requisito, que garantiza la divulgación de la invención, convierte a las patentes en una fuente de información tecnológica muy importante.

El poco conocido potencial divulgativo de las patentes puede demostrarse con un ejemplo que también atañe a la biotecnología. En 2004, científicos de la Universidad de Copenhague y de la compañía Aresa desarrollaban plantas modificadas genéticamente, cuyo color variaba a una tonalidad rojiza cuando crecían sobre un suelo en el que había enterrada una mina antipersona. La noticia, publicada en la revista Nature, ocupaba menos de diez párrafos. Era en la patente PCT/WO 03/100068 donde podíamos conocer con todo lujo de detalles la invención realizada por los investigadores daneses.

Patentes e investigación biotecnológica
Las patentes pueden ser utilizadas como fuentes de información tecnológica detallada, completa y actualizada. Pero no podemos negar que este derecho de la propiedad industrial genera ciertos conflictos con la investigación tradicional. Por un lado, en el continente europeo no podemos patentar una invención si antes ha sido divulgada por algún medio (como la publicación de un artículo científico o una comunicación en un congreso). En esos dos casos, el sistema europeo de patentes estima que el requisito de novedad no existe, y por ello, no podremos proteger la invención. Esta situación no ocurriría en Estados Unidos, donde contemplan el conocido como “período de gracia”.

Este período de gracia consiste en un tiempo no superior a los doce meses, en el que los investigadores pueden difundir sus invenciones antes de solicitar su protección. Esta característica, propia del sistema de patentes de Estados Unidos y Japón, permitió que la tecnología del ADN recombinante fuera protegida en EEUU, a pesar de haber sido difundida en varios artículos científicos. Las licencias de estas patentes permitieron que las Universidades de Stanford y California recibieran 255 millones de dólares en concepto de regalías o royalties hasta 2001.

La rentabilidad económica de las patentes es otro de los aspectos importantes en biotecnología. Y es que no sólo Estados Unidos ha puesto en valor la I+D+i de sus universidades y centros punteros. En España, la patente de la polimerasa del bacteriófago phi29, solicitada por el equipo de investigación de la Dra. Margarita Salas y el Dr. Luis Blanco, convirtió a esta proteína en la molécula más rentable de la ciencia española. No en vano esta polimerasa aportó 4 millones de euros en ingresos para el CSIC del 2003 al 2009, el 50% de las ganancias del Consejo Superior de Investigaciones Científica en royalties.

La rentabilidad de este tipo de patentes biotecnológicas ha hecho que se conviertan en un factor importante para evaluar la capacidad innovadora de un país. Pero no es oro todo lo que reluce. A pesar de que las patentes protegen invenciones, la mera solicitud no es sinónimo de generación de riqueza. Para un país como España, donde tradicionalmente no ha habido costumbre de patentar, es importante saber que no sólo debemos proteger nuestras invenciones, sino que tenemos que tratar de licenciarlas. Sólo así podremos generar ingresos económicos a través de la I+D.

En ese sentido, el caso de la polimerasa de phi29 es paradigmático. Cuando los científicos del Centro de Biología Molecular Severo Ochoa solicitaron su protección, ya habían firmado un acuerdo con USB Corporation, de forma que esta empresa biotecnológica iba a licenciar la patente. Pero no sólo consiguieron la licencia, sino que la compañía también continuó renovando los derechos de la patente durante catorce años, hasta que el acuerdo comenzó a dar sus frutos. De este modo, la investigación básica realizada en el CSIC logró sin pretenderlo a priori una aplicación muy interesante de una molécula biológica que devolvería buena parte del esfuerzo económico realizado al Consejo. La historia de la polimerasa de phi29 muestra que la fórmula del éxito, a pesar de las dificultades, es posible.

No por mucho patentar…
Parafraseando al refranero español, podríamos decir que “no por mucho patentar, innovamos más temprano”. Como decíamos anteriormente, España no se ha caracterizado por una fuerte actividad de protección de sus invenciones. En el campo de la biotecnología, nuestro país ha mejorado estos indicadores, pues según datos del Informe ASEBIO 2014, el pasado año se publicaron 976 patentes biotecnológicas. Esta cifra representa un incremento del 8% con respecto a 2013.

Además, de acuerdo a los datos presentados por la Asociación Española de Bioempresas, el 65% de las patentes publicadas correspondían a solicitudes, mientras que el 35% se referían a concesiones. Del total de patentes publicadas, el 30% correspondían al sector empresarial como agente principal, aunque la cotitularidad de las patentes entre la academia y la industria privada sigue mejorando.

Los buenos resultados relativos en este indicador, sin embargo, no deberían impedirnos “ver el bosque” completo. España, en general, patenta poco y licencia menos. Promover la I+D+i sentará las bases fundamentales para que llegue la generación de valor y riqueza. Pero como decía Louis Pasteur, “no hay ciencia básica ni aplicada, sólo aplicaciones de la ciencia”. Nuestro país debe hacer un importante esfuerzo para apoyar su sistema de ciencia y tecnología si de verdad quiere cambiar su modelo productivo y así lograr que la economía se base en el conocimiento.

El último mito sobre las patentes es aquel que establece que son la única herramienta para fomentar la I+D+i. Sin restar importancia a este instrumento de protección de la actividad inventiva, lo cierto es que también existe innovación en relación a la investigación científica y técnica. Un ejemplo es el Acuerdo Público sobre los Biobricks, impulsado por especialistas en biología sintética, que plantearon una base de datos con “biobricks” o fragmentos realizados por esta disciplina, con el objetivo de que puedan ser usados de manera libre por cualquier usuario interesado. La innovación abierta es otro mecanismo en el que también se promueve la I+D+i, fomentando la colaboración entre los sectores público y privado, que reducen los costes, aceleran la investigación y comparten los riesgos.

Las patentes biotecnológicas, por tanto, no dejan de ser una fórmula más en la I+D+i, que puede complementarse con otras herramientas para conseguir nuevas aplicaciones de la ciencia y cambiar nuestro modelo productivo por otro basado en el conocimiento y generador de empleo cualificado.

Ocho razones para enamorarse de las microalgas

Estoy enamorado de las microalgas. De manera platónica entiéndanme, porque su diminuto tamaño y condición (son microorganismos microscópicos) hacen muy complicada una relación seria. En mi caso el flechazo se ha producido por estas ocho razones, pero seguro que habrá más a medida que aumentan sus aplicaciones y la forma de aprovechar sus posibilidades.

1. Básicas para la vida en la Tierra: Fueron los primeros organismos unicelulares en realizar la fotosíntesis, y son la base de las cadenas tróficas que viven en los océanos. Sin ellas, los seres humanos y gran parte de la vida del planeta no sería posible.

2. Producción de alimentos a gran escala: Fue su primer interés. Ya en 1890 comenzó a cultivarse con fines científicos la Chlorella vulgaris. Décadas después, en 1949, un grupo de investigadores del Instituto Carnegie de Washington (EEUU) sentó las base para el cultivo masivo de microalgas, demostrando que podían manipularse para disponer así de una fuente suplementaria de proteínas con la que alimentar a una población mundial en aumento (ya somos 7.000 millones de personas, y subiendo).

3. Lucha contra el cambio climático: Las microalgas tienen una gran capacidad de absorber dióxido de carbono (CO2), el principal gas de efecto invernadero involucrado en el calentamiento global. Diversos investigadores, como los del Instituto de Ciencias Marinas de Andalucía (ICMAN-CSIC), estudian varias cepas en distintas condiciones como sistemas para atrapar la mayor cantidad posible de CO2.

4. Generación de energías limpias: Las microalgas podrían ser claves para elaborar biocombustibles que no requieran de cultivos ni terrenos destinados a alimentos. Entre sus ventajas, una mayor producción que otros cultivos energéticos, unas condiciones mínimas de mantenimiento y un coste que podría ser muy bajo. Los científicos trabajan para que el proceso sea competitivo a gran escala, como los del Instituto de Ciencia y Tecnología Ambiental (ICTA) de la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB), y del Instituto de Ciencias del Mar (ICM-CSIC), que utilizan microalgas dinoflageladas.

5. Creación de nuevas medicinas: Compuestos y medicamentos producidos con diversas especies de microalgas se utilizan por su efecto antiinflamatorio, antialérgico, analgésico, antiviral, etc. en la prevención y tratamiento de diversas enfermedades. El campo de investigación es muy amplio, como señalan investigadores del grupo de Análisis Medioambiental y Bioanálisis, y Bioquímica y Biotecnología de Organismos Fotosintéticos de la Universidad de Huelva, que trabajan en alimentos funcionales ricos en selenio que podrían utilizarse en la prevención del cáncer, las enfermedades cardiovasculares y del sistema inmune o contra los problemas neurológicos.

6. Elaboración de productos cosméticos: Es la razón para los más presumidos sin duda. Varias especies, en especial la Spirulina y Chlorella, se utilizan en productos cosméticos y de cuidado corporal. Conocidas marcas de belleza internacionales incluyen ya en sus fórmulas extractos de estos microorganismos, y están abriendo un importante campo de negocio, como el que sondea en el Parque Empresarial “La Moraleja” de Madrid la empresa AlgaEnergy.

7. Impulso de una acuicultura más sostenible: Ante una población en aumento y unos recursos pesqueros cada vez más sobre explotados, el peso de la acuicultura (cultivo de especies acuáticas) crece año tras año. Para conseguir unos productos acuícolas de mayor calidad, ricos en elementos alimenticios beneficiosos para la salud, y de paso reducir costes e impacto ambiental, las microalgas también tienen mucho que aportar. Así lo ve por ejemplo el Grupo de Biotecnología de Microalgas marinas de la Universidad de Almería, que ha desarrollado un proceso para alimentar especies acuícolas a partir de la Nannochloropsis gaditana.

8. Depuración y aprovechamiento de aguas residuales y contaminadas: Las depuradoras convencionales necesitan productos químicos y energía que puede reducirse con el uso de microalgas, e incluso para el desarrollo de sistemas que limpien zonas contaminadas. Y para convertir el residuo en un recurso, se pueden conseguir biofertilizantes a partir de microalgas cultivadas en aguas residuales, como hacen en la Universidad de Almería.

Bacterias endofitas: las inquilinas ocultas de las plantas

Las bacterias, esos organismos unicelulares versátiles, diversos, cosmopolitas y fascinantes, han sido fundamentales para la diversificación y el mantenimiento de la vida en la Tierra. Conocemos alrededor de 10.000 especies de bacterias, pero se estima que podrían habitar nuestro planeta entre 5 y 10 millones de especies distintas de bacterias. O sea, que conocemos tan solo el 0,2 % de la microbiota bacteriana planetario. El restante 99,8 % está completamente inexplorado :-O

Entre los ecosistemas bacterianos que más desconocemos son los de los ambientes naturales. Imagínese la de bacterias que debe haber en los fondos de lagos y mares, en los suelos de bosques y selvas, sobre y dentro los cuerpos de otros seres vivos… excepto los cráteres de volcanes activos y contadas excepciones, absolutamente todo está tapizado y colonizado por bacterias.

Pero vamos al grano. Literalmente. Las semillas de las plantas entran en contacto íntimo con el ecosistema bacteriano rico y diverso de los suelos. Hoy sabemos que las plantas son capaces de “llamar” a determinados tipos bacterianos para que se acerquen a sus raíces. Los exudados de las raíces de las plantas no solo son muy ricos en compuestos volátiles que atraen ciertas bacterias, sino que suelen contener azúcares con los que seducen microbios para que se acerquen a alimentarse pegaditos a sus raíces. Una complicidad planta-microbio nace.

El caso mejor estudiado de bacterias endofitas son las bacterias del género Rhizobium. Ellas establecen una relación simbiótica con plantas leguminasas desde unas estructuras llamadas nódulos que crecen en las raíces. A la izquierda, una foto de raíces noduladas. A la derecha, el detalle de un nódulo lleno de Rhizobium

¿Con qué objetivo? Veamos: una vez en la rizósfera (el suelo que está en contacto íntimo con las raíces) muchas de las bacterias resultan beneficiosas para la salud planta. Las rizobacterias (bacterias que colonizan la rizósfera) son capaces de competir con otros microorganismos patógenos y también de producir sustancias que nutren y benefician a la planta.

Pero hay más. Hasta mediados del siglo XX se pensaba que los tejidos internos de las plantas sanas eran estériles. Hoy sabemos que no es así. Las mejoras en las técnicas de cultivo, pero sobre todo la revolución que ha supuesto el desarrollo de técnicas de ecología microbiana independientes de cultivo, ha permitido sacar a la luz algunos de los inquilinos más íntimos y ocultos de las plantas: las bacterias endofitas (endo = dentro; phyton = vegetal).

El microambiente interno del vegetal proporciona unas condiciones muy específicas para soportar la vida microbiana. Esta interacción única e íntima con la planta se considera hoy como una simbiosis, donde ambas partes se benefician positivamente uno del otro.

Algunas rizobacterias no solo son capaces competir efectivamente con el resto de la comunidad microbiana en la rizósfera, sino también de penetrar la raíz y colonizar los tejidos internos de la planta, volviéndose endofitas. La maquinaria genética necesaria para esta proeza metabólica tiene un formidable potencial biotecnológico.

Más allá de eso, el gran interés agrobiotecnológico radica aprovechar la promoción bacteriana del crecimiento vegetal de las endofitas. Ellas promueven el crecimiento de su “casera” gracias al biocontrol que ejercen sobre otros microorganismos patógenos (competencia por nicho, producción de antibióticos) y gracias a la producción de hormonas vegetales, de compuestos sideróforos (favorecen la captación de metales esenciales), de ácidos orgánicos que solubilizan fosfatos, y demás compuestos y enzimas beneficiosas. Con ello ¡son capaces de modular la fisiología de la planta y potenciar su crecimiento!

Las funciones globales de las bacterias endofitas (en inglés). Esquema de las funciones que una comunidad endofítica bacteriana cumple en el interior de una planta, según datos obtenidos hasta la fecha. En rojo, las funciones relacionadas con la penetración a la planta, colonización y establecimiento. En marrón, los procesos relacionados con promoción del crecimiento vegetal, biocontrol y biorremediación. En azul, adaptaciones metabólicas (Adaptado de Sesschit et al., 2012).

Hoy sabemos que la inoculación de los cultivos con cepas específicas de bacterias endofitas promotoras del crecimiento vegetal puede resultar en beneficios significativos de crecimiento y rendimiento. Sin embargo, para explotar todo el potencial de las bacterias endofitas el reto ahora es determinar varias cosas acerca de ellas y de sus anfitrionas.

necesitamos saber si las especies mejor estudiadas (las modelo) son “representantes” de las poblaciones de bacterias endofitas totales que parecen albergar de forma natural en todas las plantas superiores.
necesitamos saber si las bacterias endofitas son esenciales para la salud de sus anfitriones.
tenemos que averiguar cómo podemos explotar el conocimiento de los genomas de las plantas huésped, en particular los de los cultivos de importancia económica, y cómo responden a la colonización de sus tejidos por bacterias endofitas.
Fig 3
Algunas bacterias endofitas no identificadas aisladas por el autor de esta entrada. Fueron obtenidas sembrando en medio YEMA macerados de raíces de arroz (cuya superficies fueron previamente esterilizadas).

Mucho camino por recorrer. Pero si se describen y comprenden mejor los microbiomas vegetales (toda la legión de microorganismos que hacen vida en una planta) dicha información estará disponible para el desarrollo de nuevas biotecnologías, especialmente en los campos agrícolas. Podría ser posible, por ejemplo, alterar convenientemente la estructura de la comunidad microbiana, dando lugar a un aumento de la resistencia de la planta o aprovechamiento de la eficiencia en la absorción de nutrientes específicos. Esto resultaría en prácticas agrícolas más sostenibles y amigables con el medio ambiente; objetivo vital para el sostenimiento de la creciente población mundial. ¿La siguiente revolución agrícola?

Referencias:

Sessitsch A, Hardoim P, Döring J, Weilharter A, Krause A, Woyke T, Mitter B, Hauberg-Lotte L, Friedrich F, Rahalkar M, Hurek T, Sarkar A, Bodrossy L, van Overbeek L, Brar D, van Elsas JD, Reinhold-Hurek B (2012). Functional characteristics of an endophyte community colonizing rice roots as revealed by metagenomic analysis. Mol Plant Microbe Interact 1:28-36.

Gabriele Berg, Martin Grube, Michael Schloter and Kornelia Smalla (2014) Unraveling the plant microbiome: looking back and future perspectives. Front. Microbiol. doi: 10.3389/fmicb.2014.00148.

Thomas Turner, Euan James, and Philip Poole. (2013) The plant microbiome. Genome Biol. doi: 10.1186/gb-2013-14-6-209.

Biotecnología para la enfermedad celíaca

Cuando un elemento extraño entra en nuestro cuerpo, como una bacteria o un virus, nuestro sistema inmunológico se pone en marcha y fabrica un ejército preparado para combatirlo. Se trata de los anticuerpos o inmunoglobulinas, soldados totalmente especializados en la búsqueda y captura de esos antígenos que dañan nuestro organismo. Estos anticuerpos viajan por la sangre y saben perfectamente a qué deben atacar, pues fueron diseñados para buscar una señal inconfundible.

El sistema parece infalible, tiene una versatilidad que permite generar tantos anticuerpos concretos como antígenos existen, pero tiene un punto débil y es que como en casi todos los sistemas tan complejos, hay posibilidades de error. El fallo más grave que puede suceder en nuestro sistema inmune es que fabriquemos anticuerpos que ataquen a las sustancias equivocadas. Son las conocidas enfermedades autoinmunes, cuando los anticuerpos ya no juegan a nuestro favor, sino que atacan erróneamente células sanas de nuestro propio cuerpo.

Decimos que son las más graves, porque la mayoría de las enfermedades autoinmunes son crónicas, tienen un tratamiento para el control y reducción de los síntomas, pero no pueden curarse. Un buen ejemplo de enfermedad autoinmune es la celiaquía.

Primera parte

En este caso, no existe ningún fármaco que pueda impedir la respuesta inflamatoria que el gluten provoca en el intestino del celíaco, el único tratamiento es una dieta exenta de esta proteína de por vida. Pero la biotecnología ha desarrollado técnicas que facilitan al celíaco cumplir su dieta, ayudándose de moléculas similares a las implicadas en el problema: los anticuerpos.

Una enfermedad autoinmune que ataca al sistema digestivo

La problemática de los celíacos comienza cuando consumen cereales como el trigo, la cebada o el centeno y algunas variedades de avenas, los cuales liberan compuestos perjudiciales: los GIP (Gluten Immunogenic Peptides). Estos GIP o Péptidos Inmunogénicos del Gluten son la fracción del gluten tóxica para los celíacos, aquellos fragmentos peptídicos que resisten la digestión gastrointestinal y se excretan en las heces y la orina, siendo posible su detección en estas muestras si se usan técnicas inmunológicas lo suficientemente sentibles y específicas.

Una vez en la mucosa intestinal, los fragmentos de gluten se unen a la enzima transglutaminasa tisular (tTG) y juntos, forman un complejo que el sistema inmune de los celíacos percibe erróneamente como una sustancia peligrosa. Entonces, los linfocitos B mandan señales específicas a los linfocitos T para comenzar la fabricación de anticuerpos IgA e IgG, que actúan contra la transglutaminasa desencadenando la respuesta autoinmune que ataca a la enzima normalmente presente en nuestro intestino.

Al final de toda esta cadena, la consecuencia es que la reacción autoinmune causa la atrofia de las vellosidades intestinales. Estas vellosidades son prolongaciones de la mucosa intestinal y tienen un importante papel en la nutrición. Cuando están afectadas, disminuye la superficie de absorción de nutrientes y por eso, los celíacos sin diagnosticar o que incumplen la dieta sin gluten, sufren graves problemas nutricionales hasta que eliminan completamente el gluten de su dieta.

Cómo la biotecnología ayuda a controlar la enfermedad celíaca

Dado que el único tratamiento para la enfermedad autoinmune del celíaco es seguir una estricta dieta sin gluten de por vida, una de las mejores formas en que la medicina puede ayudar a estos pacientes es en el control eficaz de la adherencia a esta dieta. Y ahora, una nueva forma de control es posible gracias al desarrollo de anticuerpos A1 y G12, capaces de detectar los GIP en las heces y en orina de pacientes celíacos que ingieren gluten. Por ser resistentes a la digestión, una parte los GIP se excreta por heces sin absorberse y otra traspasa las barreras del intestino generando la respuesta inmune del celíaco y eventualmente excretándose en la orina. La detección de los GIP con el anticuerpo G12 y/o A1 en las muestras de heces y orina, se convierte entonces en una prueba irrefutable de que el paciente celíaco ha ingerido gluten de forma voluntaria o involuntaria y debe corregir su dieta habitual.

No consumir nada de gluten es muy difícil y se han obtenido ya resultados clínicos que indican que casi la mitad de los celíacos incumplen la dieta al menos una vez a la semana. A pesar de que el celíaco se esfuerce en seguir la dieta sin gluten, el hecho de no saber cuándo un alimento puede haber sufrido una contaminación voluntaria o involuntaria, supone una gran frustración. Además, los síntomas asociados a la ingesta de gluten pueden ser similares a veces a una infección vírica o bacteriana o a otra intoxicación alimentaria.

Previo a este método de detección de los GIP con el anticuerpo G12, la única forma que el doctor tenía para controlar la adherencia a la dieta del paciente, era a través de cuestionarios o de serologías, las cuales son poco precisas debido a que el anticuerpo anti-tTG baja de nivel cuando se consume poco gluten, llegando a ser negativo a pesar de sufrir efectos deletéreos en la mucosa intestinal. Por otro lado, existe una parte de los celíacos que a pesar de cumplir la dieta perfectamente y no tener deteriorada la mucosa intestinal, tienen serología positiva, bien por la disminución es muy lenta o porque hay otros factores que lo provocan. El resultado es que en la mayoría de los casos de serología (>75%) no aciertan con el estado de la mucosa intestinal. Si en vez de rastrear los anticuerpos anti-TG en suero sanguíneo, buscamos los GIP en las heces o en la orina, encontraremos una forma más directa y más certera de conocer si se están cometiendo transgresiones puntuales en la dieta sin gluten que se correlaciona en su mayoría con los resultados del estándar de oro: la biopsia intestinal.

De nuevo, la biotecnología presenta soluciones a enfermedades crónicas que necesitan un seguimiento como fueron las tiras de glucosa para la diabetes. Ahora los celíacos pueden verificar el correcto seguimiento de dieta y evitar los problemas de salud acumulativos derivados de transgresiones a la dieta, pues las pequeñas ingestas involuntarias de gluten conllevan a largo plazo graves consecuencias para el celíaco, muchas veces sin causar síntomas. Actualmente, distintos laboratorios como Labco, Unilab y Reference ya realizan esta prueba para el seguimiento de la dieta sin gluten, y el test de uso doméstico GlutenDetect ya está disponible en farmacias y en el canal online.

Biorremediación, o cómo limpiar la contaminación aprovechando la resiliencia de la naturaleza

Ahora se habla mucho de “resiliencia” como la capacidad de los seres humanos para resistir y superar las adversidades, y qué métodos se pueden utilizar para reforzarla y asumir así situaciones límite o sobreponerse al dolor emocional. El concepto proviene de la Ecología, y describe la persistencia de los sistemas naturales frente a los cambios o impactos ambientales de origen natural o humano. La resiliencia indica la capacidad de un ecosistema (o cualquier otro sistema en general) para aguantar las perturbaciones sin perder sus propiedades fundamentales.

La naturaleza tiene a su disposición diversos elementos que le permiten ser resiliente, contribuyendo a esa recuperación en caso de sufrir algún daño. Microorganismos como levaduras, hongos o bacterias degradan una gran cantidad de sustancias tóxicas, reduciendo su carácter nocivo o incluso volviéndolas inocuas. Y es aquí cuando aparece la “biorremediación”. Este concepto fue acuñado a principios de la década de los 80 del siglo pasado para referirse a las técnicas basadas en dichos elementos biológicos para acelerar la recuperación de un entorno natural contaminado, de manera además más económica y ecológica que otros sistemas. En este vídeo producido por la Universidad Abierta y a Distancia de México se ofrece una explicación didáctica a modo de introducción a la biorremediación:

Los científicos llevan por tanto años desarrollando diversos sistemas de biorremediación, especialmente para combatir los efectos de las mareas negras, donde comenzaron a utilizarse y donde se han mostrado más eficaces, sobre todo cuando el hidrocarburo derramado se encuentra en lugares inaccesibles. En 1978, tras el vertido del petrolero Amoco Cádiz en las costas francesas, la empresa Elf Aquitaine desarrolló un producto, el Inipo EAP 22, compuesto de urea, laurilfosfato y ácido oleico. Estas sustancias reforzaron las poblaciones de microorganismos degradadores de hidrocarburos, que contribuyeron a la limpieza del vertido. Su éxito llevó, en 1989, a utilizarlo para la limpieza de otra marea negra tristemente famosa: la del buque Exon Valdez, frente a las costas de Alaska.

En España, las labores de descontaminación tras el hundimiento del petrolero Prestige frente a las costas gallegas en 2002 también contaron con el apoyo de la biorremediación. Expertos de las universidades de Granada y Texas, del Instituto de Oceanografía de Marsella y de la empresa Repsol YPF ideaban un producto biorremediador, denominado NPK, http://www.europapress.es/ciencia/laboratorio/noticia-fertilizante-multiplica-bacterias-comen-fuel-prestige-empleara-cuanto-tiempo-mejore-20040922170031.html compuesto por una mezcla de nitrógeno, potasio y fósforo, con cantidades menores de hierro y sulfatos, y capaz de multiplicar por 10.000 el número de bacterias marinas que “comen” fuel.

La biorremediación surge también como una rama de la biotecnología que trabaja en el diseño de microorganismos capaces de degradar compuestos que dañan el medio ambiente. La elaboración de un microorganismo genéticamente modificado para combatir un determinado tipo de contaminante podría hacer mucho más eficaz esta tarea. Los ejemplos son muy variados: la introducción de un gen en el organismo específico para la lucha contra los vertidos, el desarrollo de cepas biosensoras luminiscentes que permitirían monitorizar el proceso de degradación, la creación de plantas transgénicas para limpiar suelos contaminados, o la modificación de una bacteria resistente a la radiación para que consuma el tolueno y los iones de mercurio de desperdicio nuclear altamente radioactivo.

La “micorremediación” es una modalidad que consiste en el uso de hongos para la descontaminación de un entorno. Este concepto fue utilizado por primera vez por el micólogo estadounidense Paul E. Stamets, autor de varios libros y artículos sobre el uso de los hongos en biorremediación. En esta charla TED se le puede ver hablando sobre “6 maneras en que los hongos pueden salvar al mundo”:

Maneras en que los hongos pueden salvar al mundo

En este sentido, uno de los principales papeles de los hongos en los ecosistemas es el de descomposición, efectuada por los micelios. La idea consiste en identificar la cepa de hongos más apropiada para tratar un tipo específico de contaminante. Por ejemplo, algunas cepas dan buenos resultados para degradar gases neurotóxicos como el gas sarín.

Otra variante interesante es la “fitorremediación”, es decir, recuperar un entorno contaminado mediante el uso de plantas. En este caso las plantas absorben los elementos contaminantes presentes en el agua, el suelo o incluso el aire, de manera que se pueden utilizar para degradar o eliminar pesticidas, hidrocarburos y sus derivados, restos de metales pesados, etc. Por ejemplo, la fitorremediación se ha usado con éxito para restaurar el suelo de minas abandonadas. Una modalidad específica de fitorremediación es la rizofiltración, que utiliza la capacidad de filtrado de las raíces para eliminar sustancias tóxicas o exceso de nutrientes de aguas contaminadas. La rizofiltración emplea plantas cultivadas hidropónicamente, es decir, sin tierra.

La biorremediación presenta una serie de desafíos que tiene que afrontar para su generalización. La cantidad, variedad y acción dañina de los elementos contaminantes en la actualidad complica la efectividad de estos sistemas. Asimismo, necesitan bastante tiempo para que actúen, y se requiere conocer al detalle las características del vertido así como las condiciones ambientales, lo que puede suponer que un proceso que funciona en laboratorio falle en la naturaleza. En este sentido, algunos científicos proponen combinar la biotecnología con la ecología, asumiendo la complejidad del medio ambiente. Sin embargo, sus detractores advierten de sus posibles efectos secundarios sobre la naturaleza, por lo que creen que deberían pasar antes por rigurosos controles que evaluasen su efectividad y sus posibles efectos secundarios adversos, y consideran que en la mayoría de los casos los organismos naturales pueden servir igualmente.

En cualquier caso, aunque la biorremediación puede ser muy efectiva para procesos de descontaminación, no hay que olvidar que se trata de una técnica paliativa. Por tanto, como dice el refrán, hay que prevenir antes que curar, de manera que se apueste por políticas preventivas que minimicen los riesgos de contaminación.

Nuevas biorrefinerías más eficientes y sostenibles

El crecimiento de la población mundial –que se prevé que aumente más de un 30% en los próximos 40 años, pasando de 7.000 millones en 2012 a más de 9.000 millones en 2050–, el rápido agotamiento de muchos recursos, la dependencia energética exterior unida a la inestabilidad de precios, el aumento de la presión sobre el medio ambiente y el cambio climático son factores que hacen que Europa deba cambiar radicalmente su manera de producir, consumir, transformar, almacenar, reciclar y eliminar los recursos biológicos.

La Comisión Europea mantiene una estrategia dirigida a orientar la economía europea hacia un uso más sostenible de los recursos, por la que se pretende satisfacer las necesidades de un amplio abanico de sectores industriales, favorecer sinergias y complementar otras políticas, entre las que destaca la política energética y de cambio climático; la cual define objetivos como: reducir emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) un 20% con respecto a los niveles de 1990, aumentar la eficiencia energética un 20% y una participación de las energías renovables del 20% en el consumo total de energía de la Unión Europea.

La biomasa se posiciona como una fuente renovable de energía, pero también de carbono, con la que es posible llegar a un amplio abanico de productos, favoreciendo este proceso de desarrollo de la bioeconomía y el aprovechamiento de recursos para generar mercados de valor añadido y potenciar la economía circular, como demuestran los distintos productos ya en el mercado que tienen aplicaciones muy diversas entre las que se encuentran la industria textil, cosmética, farmacéutica o transporte, por mencionar algunas. La explotación de la importante cantidad de recursos biomásicos que se encuentran infrautilizados, representa una oportunidad de avance en la senda marcada por la política de la bioeconomía establecida por la Unión Europea.

Las biorrefinerías son instalaciones que favorecen esta conversión y uso, pues sustituyen los recursos fósiles empleados en las refinerías petroquímicas por otros renovables (incluidos los residuos). En la actualidad ya existen biorrefinerías operativas basadas en materias primas simples, sin embargo, el objetivo último es desarrollar plantas que, a partir de diferentes materias primas, generen múltiples productos incluyendo energía y productos químicos basados en biomasa (building blocks y sus plataformas químicas). Pero para conseguir una implantación comercial de las biorrefinerías es necesario, entre otros pasos, disminuir los costes asociados e incrementar la eficiencia de las conversiones a bioenergía y bioproductos, proceso que va de la mano de la investigación y la innovación.

 

El valor añadido del consorcio europeo Valor Plus (VALORISING BIOREFINERY BY PRODUCTS) se basa en desarrollar biorrefinerías de “segunda generación”, avanzando en la capacidad de reutilización de determinados productos y subproductos, lo que hasta ahora era imposible por la incapacidad de su purificación y posterior tratamiento de forma viable. Un hecho de gran relevancia estratégica para muchas industrias que procesan productos de origen biológico, ya que hasta ahora se obstaculizaba su uso e industrialización comercial.

El objetivo principal es por tanto el desarrollo de biorrefinerías integradas de ciclo cerrado, que sean sostenibles y económicamente viables al hacer un uso completo de la biomasa, minimizando la producción de residuos y generando el máximo valor posible a partir de los recursos disponibles. Para ello, la investigación y desarrollos que se están produciendo dentro del proyecto van en la línea de desarrollar procedimientos de control de calidad para la recuperación fiable y consistente de fibras de hemicelulosa y macromoléculas de lignina mínimamente degradadas, además de compuestos de glicerol crudo sin purificar, para su posterior tratamiento y revalorización. Las aplicaciones derivadas de estos procesos de producción son muy diversas, permitiendo generar un amplio abanico de subproductos con posible aplicación o utilización en áreas que van desde los biocombustibles hasta su posible uso para la generación de prebióticos, bioplásticos y materiales.

En general, en muchas de las etapas individuales de las biorrefinerías, estos procesos no se encuentran todavía 100% optimizados. El proyecto llevará a cabo una evaluación completa del ciclo de vida, evaluando y demostrando el potencial de escalado e integración de los resultados del proyecto en biorrefinerías existentes y futuras, al tiempo que definirá la tecnología de biorrefinería y hojas de ruta de flujo de productos para promover la conciencia y el compromiso de las partes interesadas.

Este nuevo concepto de biorrefinería en el que se enmarca el proyecto supone un avance definitivo al eliminar los problemas asociados a la generación de residuos, dándoles un valor a su vez. Así, se consigue un aumento significativo de su rentabilidad y competitividad frente a sus equivalentes petroquímicos, gracias a que no solo a la mejora de la eficiencia del proceso por tratar un multiproducto, y a la reducción de la dependencia sobre los cultivos alimentarios, permitiendo el uso sostenible de una mayor diversidad de recursos biomásicos (residuos agrícolas, forestales…), sino además por dar un nuevo valor a algo que en un principio parecía carecer de ello.

La utilización de biomasa lignocelulósica (LCB) para la producción de biocombustibles y productos químicos es importante ya que las tecnologías tienen que satisfacer la demanda mundial de energía, reduciendo la dependencia de los recursos basados ​​en el petróleo o recursos fósiles y el impacto de los crecientes costes de la demanda de energía y de materias primas, mientras que simultáneamente se reducen las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI). Sin embargo, su uso no es tan sencillo pues su comportamiento recalcitrante dificulta su conversión biológica. Por esta razón, se necesita un pre-tratamiento para convertirla en los productos deseados de manera más eficiente. Posteriormente se hidrolizan la celulosa y la hemicelulosa en azúcares que pueden ser biológicamente convertidos en biocombustibles y otros productos químicos de alto valor añadido.

 

El proyecto creará un impacto económico positivo en el sector de los productos de base biológica apoyando la generación de alianzas y sinergias entre los sectores industriales relacionados con la biorrefinería mediante el desarrollo de los conocimientos técnicos y los procedimientos para el uso de cultivos, materias primas verdes y de origen lignocelulósico; produciendo una amplia gama de productos (pre-bióticos, aditivos para composites de biopolímeros, adhesivos y recubrimientos, aditivos para combustibles y otros productos químicos de interés como el etanol, butanol, 1,3-PDO, etc.) mediante el empleo de una combinación y desarrollo de técnicas de extracción, separación y fraccionación, catalizadores, transformaciones químico-enzimáticas y fermentaciones con microorganismos modificados, mejorando así los procesos de transformación y por tanto su eficacia. Estos avances en la ciencia y la ingeniería de biorefinerías traerán consigo la caracterización y desarrollo de enzimas y cepas de microorganismos que en conjunto con otras técnicas permitirán obtener productos químicos de interés industrial.

Estos impactos se pueden resumir de la siguiente manera: disminuir la dependencia en el petróleo y los productos de origen fósil; crear puestos de trabajo y nuevas empresas; adoptar prácticas más sostenibles y económicas agrícolas de bajos insumos; mejorar la biodiversidad mediante el cultivo de una variedad de biomasa lignocelulósica para la biorrefinerías; desarrollar el entorno rural; dar soluciones a medida para estimular las industrias que pueden producir productos nuevos de base biológica; así como estimular otras industrias debido a la interrelación entre las empresas.

Día a día con las enzimas

Sería extraño estar sentados para desayunar y no encontrar algún producto lácteo. Ya sea el típico café con leche, las tostadas con mantequilla o el bocadillo de queso. Todos ellos son productos que hemos usado durante cientos de años, y que posiblemente rara vez nos hayamos planteado que hay detrás de su producción.

Si bien es cierto que inicialmente todos estos alimentos se producían sin saber de manera exacta como se hacía, actualmente somos conscientes de lo que hacemos cuando los producimos. Además todos sabemos la evolución que han tenido en el mercado. Antiguamente teníamos la leche fresca que debía consumirse diariamente después de recogerla en el lechero. Actualmente solo tenemos que ir a un supermercado para encontrar decenas de marcas diferentes. Además también tenemos varias posibilidades, desde leche desnatada hasta leches de origen vegetal. La biotecnología ha ayudado mucho en la generación de estos productos, aunque a veces pase inadvertido.

Además de en este tipo de productos, también ha ayudado en muchos otros procesos de la industria alimentaria. El clásico ejemplo es el uso de Saccharomyces cerevisiae para la fermentación alcohólica, necesaria para la producción de cerveza. Es probablemente una de las bacterias más conocidas del sector, además de otras que se están empezando a hacer populares como las Bifidobacterias. En realidad, no sólo es importante la propia bacteria, sino que una enzima producida por ella tiene un papel clave.

Las enzimas son pequeñas proteínas que son creadas de forma natural por microorganismos, animales y plantas. De hecho, a pesar de que actualmente las enzimas bacterianas son de gran importancia, las primeras en ser utilizadas fueron las procedentes de animales o plantas. Su principal función es la de permitir que una reacción química se dé de forma más rápida. Una gran ventaja es que son de origen biológico, lo cual hace que sean biodegradables, reduciendo el impacto ambiental derivado de su uso.

Otras ventajas importantes son que tienen una gran especificidad y eficacia, de manera que no aceleran todo tipo de reacciones, sino que son muy específicos a la hora de acelerar una reacción. Clásicamente se ha asemejado a los enzimas con una cerradura, donde únicamente puede entrar un tipo de sustrato, que sería la llave. Para que nos lo podamos imaginar, nosotros tenemos una llave que abre la cerradura de nuestra casa, y únicamente nuestra llave podrá encajar con nuestra cerradura. No habrá otra llave que encaje con nuestra cerradura. De la misma manera pasa con las enzimas y los sustratos, una enzima tiene un sustrato muy específico al que puede unirse para catalizar su reacción. No es común que un sustrato pueda unirse a una enzima que no cataliza su reacción.

La primera vez que se consiguió aislar una enzima fue en 1926, por el estadounidense James Batcheller Sumner. En este caso se aisló la ureasa a partir de los frijoles, pero lo cierto es que las nuevas tecnologías nos están permitiendo aislarlas más fácilmente y a una gran velocidad. Este gran avance ha permitido que cada vez se puedan usar de forma más cómoda en la industria, ayudando en gran cantidad de procesos.

En concreto nos vamos a centrar en enzimas usadas en la industria láctea, entre las cuales debemos destacar la lactasa y la renina. La leche está formada básicamente por agua, proteínas y grasas. La mayor parte de la leche es agua, llegando a ser casi un 90% del total. En cuanto a las proteínas, se han descrito alrededor de 40 tipos de proteínas, a pesar de tener una proteína mayoritaria que es la caseína. Esta proteína es de gran interés para la industria láctea, ya que en ella se basa la producción de queso. Existe una leyenda que dice que la primera producción de queso se dio de manera espontánea, sin saber que se estaba haciendo. Un pastor asiático llevaba leche dentro de un saco junto a tripas de animales, y pasado un tiempo se encontró un cuajo formado por la leche. Si bien no se puede decir que esta historia sea cierta del todo, ahora sabemos por qué pudo pasar esto. En el estómago de los animales encontramos una enzima llamada Renina, que coagula la caseína presente en la leche, formando lo que se conoce como cuajo. Antiguamente se usaban tripas de terneros para poder fabricar queso, pero obviamente esta tendencia ha cambiado. No es viable obtener enzimas provenientes de animales, ya que esto supondría desaprovechar una enorme cantidad de animales. Es por esto que actualmente se usan enzimas provenientes de microorganismos ya que además de producirlas en grandes cantidades, son mucho más económicas. Aquí es donde entra en juego la biotecnología, haciendo que los microorganismos produzcan gran cantidad de estas enzimas, y que además no sean perjudiciales para nosotros. Las especies más usadas actualmente son Endothia parasítica y algunas especies de Mucor spp.

Nuestros antepasados probablemente disponían de una pequeña variedad de quesos, pero actualmente tenemos especialidades queseras en cada país o incluso en cada región. Nuestros gustos han cambiado, y cada vez tenemos más opciones a la hora de comprar alimentos, de manera que era necesario variar procesos en la industria para poder generar todas estas opciones. Es por esto, que además de la renina, se usan otras enzimas en la producción de queso, como las lipasas y las proteasas. Las lipasas son enzimas que hidrolizan grasas, mientras que las proteasas hidrolizan proteínas. Las lipasas aportan ese olor característico de los quesos, y se usa incluso para los quesos crema, aportando mucho más sabor.

Existe una enorme gama de proteasas usadas en la producción de queso, y en función de cual se usa, se consiguen unas características u otras. El más conocido es el ejemplo de los quesos con coloración verde-azulado, como el Roquefort o el Gorgonzola. Para poder dar este aspecto y olor característico se usa Penicillium roqueforti. El Camembert es un queso mucho más tierno en su interior, y para conseguir esto se usa otra proteasa de un Penicillium spp., en este caso Penicillium camemberti. Existen cientos de proteasas que pueden ser usadas para mejorar el sabor de nuestros quesos, y como veis cada una de ellas aporta su toque característico.

Otra enzima muy importante en este sector es la lactasa, un enzima que de forma natural todos tenemos en el sistema digestivo cuando nacemos, aunque hay personas que tienen una disminución de esta enzima causando intolerancia a la lactosa. Actualmente se habla de un 65% de intolerantes adultos, a pesar que estos valores cambian mucho en función de la zona en la que viven. Para poder usar esta enzima en el sector industrial, actualmente la obtenemos a partir de microorganismos, por ejemplo Saccharomyces lactis o Aepergillus niger. Con esta enzima lo que conseguimos es digerir parcialmente el contenido en lactosa que tiene un producto que estamos produciendo. Esto es interesante en el caso de productos como la crema de leche. Al digerir parte de la lactosa total, conseguimos unos productos que son fácilmente digeribles por personas adultas, además de tener un sabor mucho más dulce. Esto es debido a que lo que hace la lactasa, es romper la lactosa en pequeñas moléculas de glucosa y galactosa. Estas dos moléculas son básicamente azúcares. Además de disminuir el nivel de lactosa y endulzar los productos, la lactasa también permite variar la textura o la viscosidad de los productos lácteos.

Como hemos visto, la biotecnología ha ayudado mucho en el sector lácteo, buscando la mejor opción para asegurar la máxima producción de enzimas. Además en algunos casos mediante ingeniería genética se ha conseguido aumentar aún más esta producción, o incluso se han cogido enzimas potentes de algunos microorganismos y se han insertado en otros microorganismos. Por ejemplo no nos sería útil si tenemos una lactasa muy potente al romper la lactosa, pero esta enzima es sintetizada por una bacteria que solo crece a pH básicos. Pero mediante la ingeniería genética podemos hacer que otras bacterias que si crecen a pH ligeramente ácidos (como es el caso de la leche), produzcan esta potente lactasa. Es una manera de mejorar el proceso. El gran avance que está teniendo la ingeniería genética, puede hacer que en relativamente poco tiempo podamos conseguir mejorar aún más los procesos de producción de alimentos.

Día de las enfermedades raras: los pacientes toman la palabra

Para que una enfermedad se considere rara tiene que afectar a menos de cinco de cada 10.000 habitantes. Según datos de la Federación Española de Enfermedades Raras, existen cerca de 7.000 enfermedades raras, que afectan al 7% de la población mundial. En España, se calcula que existen más de tres millones de personas con enfermedades poco frecuentes. El martes 28 de febrero es el día elegido para recordarles.

Manuela López es una de ellas. Sufre el síndrome de Behçet, una enfermedad reumática crónica que causa inflamaciones en los vasos sanguíneos en cualquier parte del organismo. Está relacionada con alteraciones del sistema inmune y recibe su nombre por el médico turco que, en 1937, la describió por primera vez.

“Yo tardé doce años en ser diagnosticada. Siempre tuve aftas bucales, pero también las tenían mi madre, mi abuela y mis primas. Y nunca imaginé que pudieran estar relacionadas con mis problemas en la vista –acabé perdiendo el ojo derecho por las uveítis– o las úlceras de sus piernas. Pero me daba vergüenza decírselo a los médicos, por si consideraban que tenía algún problema mental”, recuerda Manuela, que preside la asociación española de pacientes afectados por esta enfermedad.

El primer tratamiento se centró en las aftas bucales y con corticoides para reducir la inflamación. En una segunda fase, pasó a diferentes inmunosupresores hasta que el cuerpo se acostumbró a estos fármacos y tuvo que pasar a los fármacos biológicos, que han permitido mitigar su dolor.

“No es lo frecuente, que funcione el primer fármaco biológico. Se suele ir probando hasta que se encuentra el que es eficaz”, explica.

Otra opción de tratamiento es apremilast, una molécula pequeña que ha demostrado ser útil en las aftas y que se utiliza también en psoriasis y artritis psoriásica.

Como detalla José Luis García, director médico de Celgene, “los datos en los ensayos con el fármaco, hasta ahora, son esperanzadores y estimulantes. Invertir e investigar bien son las únicas soluciones para dar respuesta a las enfermedades raras. No es lo mismo suprimir que modificar, y es ahí donde nuestra molécula logra ofrecer alternativas a patologías tan complejas. Es fundamental que para que avancemos se apueste por las verdaderas innovaciones desde todos los estamentos del sistema de salud.”

Manoli aboga por la investigación tanto del componente genético como de los factores ambientales que desencadenan la enfermedad. “Una vez que se sepa, quizá se pueda curar. Mientras, pido una aproximación terapéutica más acertada, con más investigación y un mejor trato a los pacientes, que acabamos sabiendo más de nuestra enfermedad que los propios médicos. Pero no tenemos voz: el médico tiene que saber de medicina y, además, darnos un trato humano”, lamenta.

El papel clave de la biotecnología

La biotecnología está jugando un papel clave en la investigación de las enfermedades raras: el pipeline de biotecnología biosanitaria, publicado en ASEBIO en 2012, destacaba que el 55% de los proyectos en desarrollo por empresas biotecnológicas españolas se centran en este ámbito. Uno de los mayores retos es potenciar la colaboración entre la investigación básica y la práctica clínica. La mejora en millones de vidas depende de ello.

Terapia génica, realidad con futuro esperanzador

La terapia génica puede utilizarse como alternativa terapéutica para enfermedades genéticas en las que falta un gen en determinadas células, o el gen no es funcional. Muchas de estas enfermedades genéticas están asociadas a enfermedades raras.

Como explica Juan Bueren, jefe de la división de terapias innovadoras del CIEMAT y del CIBER de enfermedades raras , “una gran parte de estas enfermedades poco frecuentes son monogénicas y el gen en cuestión está mutado. En una gran mayoría de estos casos, la mutación conlleva que no se produzca una determinada proteína que es esencial para que funcione bien un determinado tejido“.

Por tanto, la terapia génica está consiguiendo que los pacientes con enfermedades raras tengan una nueva posibilidad de ser tratados. Antes, o no había tratamiento o los que había eran poco eficaces o tóxicos. “Al igual que ha pasado con los trasplantes de tejidos, los pacientes con enfermedades de la sangre se empezaron a trasplantar en los años 60. Esto ha hecho que, en el campo de la terapia génica, vayan por delante las técnicas de manipulación de las células de la médula ósea, que dan origen a la sangre”, detalla.

Los hallazgos de los últimos años han puesto de manifiesto que, hoy en día, para determinadas inmunodeficiencias, es posible tomar células madre de la médula ósea de los pacientes. Tras extraerse, se purifican. Y se les introduce los genes que faltan en estas enfermedades a virus modificados genéticamente. Son los denominados vectores virales, a los que se les eliminan todas las secuencias que pueden ser patogénicas.

“De este modo, se pone en contacto el vector terapéutico con la célula madre del paciente del paciente enfermo, introduciendo el gen terapéutico que faltaba. Y esta célula madre se vuelve a reinfundir en el paciente afectado”, pormenoriza el experto.

Terapia sin rechazo y con menos quimioterapia

Entre las diferentes ventajas frente a otros tratamientos terapéuticos, la terapia génica destaca por ser un trasplante autólogo (del paciente al propio paciente), por lo que no hay rechazo. Y la quimioterapia que se aplica es mucho más leve. Se ha probado ya en los denominados ‘niños burbuja’, que sufren inmunodeficiencias primarias combinadas. En otras enfermedades más prevalentes, como la talasemia o la anemia de células falciformes, también hay resultados prometedores. “En definitiva, lo que antes estaba restringido a un número muy pequeño de enfermedades raras de la sangre, ahora está aumentando de manera significativa”, añade Bueren.

Científico retirando una muestra de una placa petri con una pipeta. Fuente: Sociedad Española de Hematología y Hemoterapia (SEHH)

De hecho, hay un caso –la inmunodeficiencia con déficit de la producción de la adenosina desaminasa (ADA) – en el que los resultados de los ensayos han sido tan buenos, que la Agencia Europea de Medicamentos ha aprobado la terapia génica para su uso estandarizado. Y, como pormenoriza el experto, si se dan las condiciones necesarias en el paciente “se puede hacer el tratamiento, que no se considera experimental: es igual que un trasplante de médula ósea. Porque el resto de los tratamientos de terapia génica deben considerarse experimentales y solo pueden desarrollarse en el contexto de los ensayos clínicos, con controles muy exhaustivos”.

El laboratorio de Bueren, en colaboración con numerosos centros españoles, europeos y estadounidenses, está realizando un ensayo con pacientes de anemia de Fanconi. Los resultados también son esperanzadores. El CIEMAT, en colaboración con el CIBER de enfermedades raras y la Fundación Jiménez Díaz, está trabajando también para poner en marcha otros ensayos en enfermedades raras, como la anemia por déficit de piruvato-quinasa eritrocitaria y la inmunodeficiencia por déficit de adhesión leucocitaria del tipo 1.

Otros campos abiertos

La investigación también abarca otros ámbitos, como las enfermedades neurodegenerativas, en las que también es posible realizar el tratamiento a través de la modificación o de la corrección genética de las células de la sangre. El motivo es la capacidad que tienen estas células de difundir a muy diversos tejidos, entre otros el propio sistema nervioso central. Otras enfermedades neuromusculares y hepáticas podrían también beneficiarse.

Microscopio. Fuente: Sociedad Española de Hematología y Hemoterapia (SEHH)

“Estamos viviendo momentos muy esperanzadores: a la buena eficacia clínica observada en los ensayos clínicos, debe sumarse que se han reducido los efectos adversos que se habían visto en los primeros ensayos, gracias a los nuevos vectores. Pero la terapia génica está yendo más allá de añadir un gen terapéutico en las células que carecían de él: comienza a considerarse para el tratamiento de enfermedades mucho más prevalentes, como el cáncer”, anuncia.

Uno de los hallazgos más relevantes en este sentido tiene que ver con la modificación genética de células del sistema inmune. Así, se generan células en este sistema, que van dirigidas específicamente contra la célula tumoral.

“Los ensayos han probado la eficacia y, especialmente, la especificidad. El motivo es que las células del sistema inmune están estrictamente dirigidas para aniquilar el tumor y no el resto de las células del paciente”, concluye el investigador.