Hablemos de proteínas recombinantes

Primera noche de Pint of Science México, segunda exposición en La Coctelería, Guadalajara (Jalisco): las maestras en ciencias Mirna Burciaga Flores y Lorena Zapata Cuéllar, adscritas a la unidad Biotecnología Médica y Farmacéutica del Centro de Investigación y Asistencia en Tecnología y Diseño del Estado de Jalisco (Ciatej) como estudiantes de doctorado, nos hablaron sobre las proteínas recombinantes, organismos genéticamente modificados (OGM) cuyos múltiples y potenciales usos nos dan una idea de por qué las investigadoras equiparan la importancia de los métodos de edición genética con la propia del descubrimiento del fuego.

Primero lo primero: ¿qué son las proteínas recombinantes?

No, no necesariamente son las proteínas que un atleta o corredor consume de ordinario. Las proteínas recombinantes son las que se producen por medio de manipulación genética en organismos que normalmente no las producen. Sí, estamos hablando de organismos genéticamente modificados o transgénicos.

Algunos usos y ventajas

Generalmente se usan como medicamentos altamente potentes gracias a su alto grado de especificidad, por parecerse al organismo de origen; otra ventaja es la rapidez de su desarrollo, en comparación con medicamentos de origen sintético (como los producidos mediante procesos químicos).

Todas las grandes farmacéuticas de hoy en día producen y venden proteínas recombinantes para tratamientos y diagnósticos de enfermedades, incluso para la prevención. Entre las aplicaciones biotecnológicas están los anticuerpos y los antígenos.

¿Cómo se obtienen?

Mediante la transmisión de los genes que producen la proteína en cuestión. En el ácido ribonucleico se encuentran los genes, encargados de codificar cadenas de aminoácidos que conforman una proteína en específico.

Entonces, lo que se hace es, mediante vectores (virus u otros), tomar el gen de interés y transferirlo para que se inserte en el genoma receptor de un organismo (una levadura o bacteria) que no produce una proteína dada, para que la produzca.

Insulina, arroz dorado, hormona del crecimiento…

Así, por ejemplo, se puede lograr que una levadura o una bacteria produzca insulina gracias a este proceso de transformación. También pueden transformarse especies vegetales, como en el caso del arroz dorado, un arroz transgénico que produce mayor cantidad de betacarotenos, que se convierten de vitamina A.

La creación de OGM no sólo contribuye a sostener la economía, sino además la salud. Interferón y hormona del crecimiento se suman a la larga lista de sustancias que se pueden generar con el uso de herramientas de edición genética, entre muchas otras.

El desarrollo de vacunas

La vacunación es el método que más se emplea para prevenir el desarrollo de enfermedades infecciosas. Las primeras vacunas se hacían a base de microorganismos inactivados —como la primera vacuna inventada, contra la poliomelitis—: se hervía el virus y luego era aplicado al paciente para que desarrollara una respuesta inmunológica protectora.

Después llegaron los virus atenuados, es decir, vivos pero modificados para que no infectaran correctamente. Por último, llegó el uso de sólo algunas partes de dichos microorganismos: un virus está hecho de ADN, proteínas y, en algunos casos, lípidos o azúcares; entonces, se toma uno de esos componentes para que el paciente genere una respuesta protectora.

Esta evolución corresponde al enfoque empírico y racional que ha regido el desarrollo de vacunas durante los últimos cuarenta años: «¿Realmente necesito usar el virus o la bacteria por completo o no?». Aquí entran en acción los antígenos.

Los antígenos

Los hay de diferentes tipos y en el Ciatej, estas investiagdoras, se enfocan en los que son proteínas (componentes de bacterias o de virus o de algún otro organismo). La función de los antígenos es provocar la producción de anticuerpos. Entonces, los antígenos con los que trabajan Lorena y Mirna son proteínas recombinantes.

¿Realmente existe una ventaja de este tipo de vacunas ante las atenuadas o inactivadas? Al finalizar el análisis, de ser necesario, se puede potenciar la efectividad de la respuesta inmunológica mediante la adición de un adyuvante o agregar un sistema de suministro a la vacuna en desarrollo. Y aquí entra a escena la nanotecnología.

Nanotecnología

Sí, sí, sí como la nanotecnología de Iron Man, pero real y aplicada no a robótica o electrónica sino al desarrollo de vacunas, vacunas recombinantes. En este caso, se habla de nanotecnología por el tamaño de la tecnología desarrollada.

De lo que se trata es de fabricar partículas tipo virus: emulaciones de virus únicamente con las proteínas que lo componen en la superficie. El virus está compuesto por proteínas que encierran ADN, el ADN es el que desata la infección; crear «virus que van vacíos por dentro» permite que el paciente reconozca tal partícula, la proteína recombinante, como si fuera un virus, pero no lo es.

Algunos ejemplos de vacunas recombinantes (hechas a base de partículas tipo virus) ya aplicadas con éxito:

  • Recombivax, contra infección por virus de hepatitis B.
  • Cervarix y Gardasil, contra tipos del virus del papiloma humano.

Vacunas a partir de proteínas recombinantes en el Ciatej

En el equipo al que pertenece Lorena se trabaja con partículas tipo virus filamentosos provenientes de origen vegetal, a fin de garantizar que no sean patógenas para los humanos o para los animales. En el laboratorio se añaden como antígenos proteínas fluorescentes a los virus filamentosos.

Los macrófagos son las células del sistema inmunológico que al ser liberados se comen todo a su paso, incluidos los patógenos. En las imágenes se aprecia el efecto en los macrófagos al añadir las partículas tipo virus fluorescentes.

Diagnóstico y tratamiento a partir de proteínas recombinantes en el Ciatej

En este caso, lo mejor es trabajar con las proteínas más pequeñas, específicamente con proteínas provenientes de tiburones, camellos y humanos; en el Ciatej se centran en el desarrollo de anticuerpos (también llamados inmunoglobulinas) de tiburón. El equipo de trabajo al cual pertenece Mirna se enfoca en la pequeña porción variable: VNAR.

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Ilustración de la estructura de un anticuerpo o inmunoglobulina, donde se destaca la porción variable, conocida como VANR. Cortesía.

Mediante modelados informáticos, es posible obtener predicciones de la estructura tridimensional de estas inmunoglobulinas, que tienen aplicaciones en el diagnóstico y el tratamiento de enfermedades. En la tabla se presentan algunos ejemplos de usos para la detección de ciertos tipos de virus.

Blanco

Potencial aplicación

HBV Antiviral
TNF-α Choque endotóxico
EpCAM Diagnostico de cáncer
HTRA1 Terapia de artritis
IL-8 Anti inflamación
Virus del Ébola Inmunodiagnóstico

En el Ciatej se trabaja en el desarrollo de herramientas dirigidas contra una citocina (proteínas que regulan la función de las células que las producen sobre otros tipos celulares) que tiene la peculiaridad de tener una función significativa en ciertas enfermedades crónicas como la artritis reumatoide.

Los retos de un medicamento para llegar al mercado

Durante la fase de descubrimiento tienen lugar la generación de nuevas moléculas y los ensayos de bioactividad. Luego viene la fase preclínica, cuando se hacen estudios in vitro para conocer la dosis máxima tolerada, la farmacocinética (lo que el cuerpo le hace a la droga) y el potencial o toxicidad real del compuesto; se trabaja con modelos animales y suministros de los activos. En la fase clínica vienen los estudios en humanos y el desarrollo de un proceso optimizado. Por último, vienen la regulación y la salida al mercado.

En suma, se habla de al menos 10 años para completar la primeras tres fases. Mientras más compleja sea la investigación, más tiempo se llevará su desarrollo, lo que repercute en el costo final de los medicamentos al ponerse a la venta. El gran reto actual es encontrar posibles fármacos que reduzcan considerablemente la duración de las fases, para así obtener un producto con precios más accesibles para el público en general.

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