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23 de enero de 2021
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Biotecnología contra la pandemia
Ilustración: StonePictures/Shutterstock

Biotecnología contra la pandemia

Guillermo Cárdenas Guzmán

Científicos del Instituto de Biotecnología de la UNAM participan en distintos frentes de batalla contra el SARS-CoV-2: desarrollo de pruebas diagnósticas, métodos de inmunización y análisis de la información genómica del virus, entre otras líneas de investigación.

La primera pandemia de la que hay registros escritos ocurrió entre los años 541 y 549 d. C. Los brotes infecciosos se originaron en Egipto y luego se diseminaron por la cuenca del mar Mediterráneo a través de Europa y Oriente Medio hasta llegar a Constantinopla, entonces capital del Imperio Romano de Oriente. El emperador Justiniano I enfermó por esta causa, pero a diferencia de muchos de sus súbditos logró sobrevivir mientras los cadáveres se apilaban al aire libre por falta de espacio, según relata el historiador de su corte, Procopio. El agente causal de la epidemia, que por esa razón se llamó la plaga de Justiniano, fue la bacteria Yersinia pestis, origen de la enfermedad que en el siglo XIV asoló de nuevo a Europa: la peste bubónica.

La plaga de Justiniano fue una de las epidemias más extensas y mortíferas. En sus sucesivas oleadas durante dos siglos ocasionó entre 25 y 100 millones de muertos.

En los últimos 2000 años los historiadores han registrado 19 pandemias como esta, más de la mitad de origen viral como la famosa pandemia de influenza de 1918.

La pandemia que hoy azota al mundo, ocasionada por el virus SARS-CoV-2 (véase ¿Cómo ves?, Núm. 256) está resultando tan desafiante como las del pasado, pero gracias a las herramientas de la ciencia y la tecnología hoy podemos enfrentarla mejor. Un ejemplo de ello es el trabajo de los investigadores del Instituto de Biotecnología (IBt) de la UNAM.

¿Cuánto cuesta una pandemia?

Los daños causados por una pandemia van más allá del aspecto sanitario, pues a los costos de diagnóstico y atención de pacientes afectados se suman otros de tipo social, económico y laboral. La epidemia del virus de influenza AH1N1 de 2009, que primero se detectó en México, tuvo un costo de más de 127 000 millones de pesos, según un cálculo de la Comisión Económica para América Latina. Esto representó alrededor del 1% del Producto Interno Bruto del país para 2008, cifra que supera las pérdidas ocasionadas por el sismo de 1985 y otros terremotos. Pero el costo de la crisis detonada por la propagación del SARS-CoV-2 no tiene comparación: si bien aún no es posible cuantificar su impacto, el Banco de México ha estimado que la pandemia provocará una caída de hasta 8.8 % del PIB nacional. Los costos se agravan cuando dependemos de insumos y tecnologías que desarrollan otros países, como sucede hoy con los ensayos para lograr una vacuna contra la COVID-19. Por estas razones es importante apoyar y aprovechar las capacidades de investigación científica y tecnológica de las instituciones y centros de estudios que hay en México.

Cuatro Frentes

La Coordinación de la Investigación Científica de la UNAM propuso 4 frentes para combatir el SARS-CoV-2:

  1. Modelación matemática de la epidemia.
  2. Estudios sobre medio ambiente y energía.
  3. Producción de insumos para el sector médico.
  4. Diagnósticos y desarrollo de fármacos y vacunas.

Detección en saliva

Uno de los grupos del Instituto de Biotecnología de la UNAM ensaya un método para detectar el SARS-CoV-2 a menor costo y con una eficacia tan alta como la que ofrecen las pruebas actuales basadas en la purificación y amplificación del genoma viral.

  • El estándar actual para detectar el virus requiere tomar muestras nasales o faríngeas al paciente.
  • Estas muestras son llevadas al laboratorio para aplicar un proceso llamado RT-qPCR.
  • Se amplifican regiones del genoma viral y se cuantifica el número de copias de su ARN.
  • Es un método confiable pero es costoso, hay escasez de insumos, es molesto para los pacientes y riesgoso para el personal de salud.
  • Expertos del IBt proponen un método alternativo basado en la autocolecta de saliva.
  • El paciente colecta su saliva en un envase y este se envía al laboratorio.
  • La detección en saliva resultó efectiva y además reduce costos y riesgos al personal de salud.
  • Este método está autorizado para aplicarse en la UNAM; se espera que pueda usarse en el Sistema Nacional de Salud.

¿Qué se busca en el IBt-UNAM?

Nuevos medios de diagnóstico
Crear pruebas serológicas para medir la respuesta inmunitaria de personas expuestas al virus SARS-CoV-2 y también determinar a los más aptos para donar suero sanguíneo.

Crear una prueba de detección en saliva, más económica y menos molesta.

Nuevos compuestos antivirales
Desarrollar terapias con anticuerpos monoclonales para tratar enfermedades virales.

Métodos de inmunización
Emplear el conocimiento sobre venenos para inducir la inmunización mediante información genética de las proteínas del coronavirus.

Mediante la experimentación con fragmentos específicos del virus producir una formulación candidata a convertirse en vacuna.

Secuenciación del genoma del virus
Secuenciar las cepas del virus que se han aislado en México.

Insumos para el sector médico
Apoyar en el diseño y fabricación de piezas y equipos médicos por impresión en 3D.

 

Respuesta urgente

Ante la contingencia sanitaria, la Coordinación de la Investigación Científica de la UNAM llamó a los investigadores a sumarse a uno de los cuatro frentes de batalla establecidos contra el SARS-CoV-2: modelación matemática de la epidemia, estudios sobre medio ambiente y energía, producción de insumos para el sector médico y diagnósticos y desarrollo de fármacos y vacunas.

Diversos grupos del IBt han dado un giro a sus investigaciones para adherirse a la convocatoria y, junto con otras entidades, aprovechar su experiencia en este campo abordando líneas de trabajo que van desde el estudio de nuevos medios de diagnóstico o la secuenciación del genoma del virus, hasta métodos de inmunización y ensayos para producir nuevos compuestos antivirales. La idea es sumar los esfuerzos de expertos de muy diversos campos del conocimiento como la bioingeniería, la genómica, la bioinformática, la virología, la inmunología, la fisiología y la medicina para fortalecer el frente común contra el virus y aportar soluciones que ayuden a controlar y superar la pandemia.

“La biotecnología es un campo en el que convergen muchas áreas del conocimiento y eso es lo que ahora se requiere: una perspectiva interdisciplinaria para abordar este problema”, dijo el director del IBt, Tonatiuh Ramírez, durante una videoconferencia transmitida por TV UNAM. Una de las líneas de estudio que lidera Ramírez junto con la investigadora Laura Palomares, también del IBt, es el desarrollo de pruebas serológicas (basadas en el estudio del suero sanguíneo) que permitan medir la respuesta inmunitaria de una persona que ha estado expuesta al virus SARS-CoV-2.

Los científicos comparan cientos de muestras de sangre obtenida de personas antes de la pandemia, con otras de pacientes que se han recuperado de la infección. En el torrente de estos últimos se producen dos tipos de anticuerpos, las IgG y las IgM (inmunoglobulinas G y M), que pueden identificarse para dar seguimiento a los casos. Con esta herramienta, el equipo de Ramírez y Palomares podría realizar un tamizaje; es decir, rastrear el tipo de anticuerpos que producen distintos grupos de población especialmente vulnerables al virus, como médicos, camilleros o enfermeras, y de esta forma inferir si ya desarrollaron algún tipo de defensa. Si bien este estudio aún se encuentra en la fase experimental, pues no está claro si haber contraído la infección confiere inmunidad permanente, Ramírez considera que, en principio, podría aportar información útil para organizar y movilizar grupos de personas y programar más eficazmente el reinicio de actividades.

De igual forma, este conocimiento ayudaría a determinar qué pacientes son más aptos para convertirse en donadores de suero sanguíneo para aplicar terapia serológica a las personas gravemente enfermas de COVID-19, así como al desarrollo de vacunas.

Maniquíes y balas de plata

Otra línea de estudio en la que participa Tonatiuh Ramírez se basa en la experimentación con fragmentos específicos del virus para producir una formulación candidata a convertirse con el tiempo en vacuna, si supera las pruebas preclínicas y clínicas. Los científicos están aprovechando la infraestructura existente en sus laboratorios para desarrollar vacunas contra el zika y el dengue empleando partículas pseudovirales, es decir, muy similares en su estructura externa a los virus infecciosos pero que carecen de material genético y por ende de capacidad para replicarse e infectar.

Se trata según Ramírez de una especie de maniquíes del virus: estructuras huecas carentes de ARN que al entrar en contacto con el sistema inmunitario humano desencadenan la respuesta de protección buscada sin peligro de infección. Estas partículas tienen una alta capacidad de producir una respuesta inmunogénica; esto es, al ser expuestas al sistema inmunitario, este las reconoce y genera precisamente la respuesta que se busca con una vacuna.

Otra de sus líneas de estudio se enfoca en producir anticuerpos monoclonales; es decir, preparaciones que contienen un solo tipo de anticuerpo, obtenido mediante clonación de una célula B particular, que reconoce una región específica de la proteína viral. Esta tecnología ha dado paso a terapias que van directo al blanco que se busca, por eso se les llama balas de plata (se supone que una bala de plata es la única manera de matar a un hombre lobo).

Las terapias con anticuerpos monoclonales se han utilizado con éxito para tratar muchas clases de enfermedades crónicas y neurodegenerativas, y ahora en colaboración con la compañía mexicana Laboratorios Liomont, los expertos del IBt los están probando para el tratamiento de enfermedades virales. Actualmente están en la fase de desarrollo de las pruebas piloto iniciales para generar el material biológico con el cual se harán después los ensayos clínicos.

Curar con venenos

Desde hace varias décadas expertos del Departamento de Medicina Molecular y Bioprocesos del IBt desarrollan antídotos contra la mordedura o picadura de animales ponzoñosos como alacranes, serpientes y arañas (véase ¿Cómo ves? Núm. 215). Por su eficacia y rápidos efectos, estos antivenenos, conocidos técnicamente como faboterápicos, se han integrado al cuadro básico de medicamentos del sector salud.

El proceso para producir faboterápicos, desarrollado por investigadores como Lourival Possani y Alejandro Alagón, se basa en la obtención y purificación de fragmentos de anticuerpos presentes en el suero sanguíneo animales, por ejemplo caballos, que tras haber sido expuestos al veneno desarrollan inmunidad. Sobre esta misma base tecnológica, la meta ahora es inducir la inmunización, pero en vez de usar las toxinas de alimañas se emplea información genética de las proteínas del SARS-CoV-2.

Gracias a la colaboración de Florian Krammer, de la Escuela Icahn de Medicina del Hospital Mount Sinai de Nueva York, los expertos del IBt han logrado producir con tecnología de recombinación de genes ciertas proteínas existentes en las espículas (picos) de la superficie del SARS-CoV-2. Con esto se puede reproducir de manera segura en el laboratorio la información clave del virus para utilizarla en la inducción de respuestas inmunitarias.

“La faboterapia se usa para inmunizar caballos, pero también como base de los ensayos serológicos (con anticuerpos)”, dice Ramírez. Y añade que en menos de 12 días pueden generar suficiente material para desarrollar pruebas serológicas para más de 400 000 pacientes.

Detección en saliva

Una de las acciones más urgentes para contener la expansión de la pandemia consiste en incrementar la capacidad de realizar pruebas moleculares para rastrear si existe material genético del SARS-CoV-2 en una persona. Pero no hay que confundir esto con las pruebas para detectar anticuerpos en la sangre (véase ¿Cómo ves? Núm. 262). El estándar internacional que hoy se utiliza para este fin es una prueba basada en la amplificación de fragmentos del ARN de este virus, que en inglés se denomina RT-qPCR.

Este método permite determinar cuántas copias de ARN hay en una muestra de tejido de las mucosas de nariz y garganta que se toma a las personas con ayuda de un hisopo especial. Aunque es mucho más preciso que las pruebas serológicas, tiene varios inconvenientes, pues además de ser costoso los materiales y reactivos que requiere son escasos debido a la alta demanda. Los virólogos Susana López Charretón y Carlos Arias, quienes han colaborado con el Instituto Nacional de Diagnóstico y Referencia Epidemiológicos, proponen enfrentar este problema con otro método que consiste en tomar muestras de saliva que se envían a analizar al laboratorio. Con el apoyo de la Secretaría de Salud de Morelos, estado en el que se localiza el IBt, ambos expertos analizaron 250 muestras obtenidas mediante los dos procedimientos: exudado nasofaríngeo y muestras de saliva. Encontraron que este último resulta tan eficiente como el primero, pero es menos costoso y molesto tanto para el personal de salud como para los pacientes.

“La ventaja del método basado en saliva es que el paciente hace una auto-toma. Solo debe depositarla y cerrar el envase para enviarlo al laboratorio. Con esto se disminuyen riesgos para el personal de salud que toma las muestras y se reducen los costos en equipos e insumos”, comenta López Charretón.

Esto es solo una pequeña muestra del trabajo que realizan los expertos del IBt en respuesta a la pandemia, labor que también abarca otras áreas de investigación como la secuenciación del genoma de las cepas del virus que se han aislado en México, la validación de métodos de diagnóstico, el desarrollo de antivirales y el apoyo en el diseño y fabricación de piezas y equipos médicos por medio de la impresión en 3D.

Por todo lo anterior no hay peor decisión que escatimar el apoyo que los investigadores científicos merecen de la sociedad y los gobiernos, y que necesitan para continuar buscando alternativas para frenar la expansion de este nuevo virus. Como en todas las grandes pandemias de la historia, el SARS-CoV-2 y otros virus aún desconocidos representan amenazas constantes para la humanidad. La ciencia es nuestra mejor arma para combatirlas.

 

Más información

 

Guillermo Cárdenas Guzmán es periodista especializado en temas de ciencia, tecnología y salud. Ha laborado en diversos medios de comunicación electrónicos e impresos, como los diarios Reforma y El Universal. Actualmente es reportero de ¿Cómo ves?

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