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Cuaderno Nº 21  

Utilización de la biotecnología para la salud
 

La salud y la enfermedad en la historia

Desde tiempos remotos, el hombre sueña con derrotar enfermedades y, así, prolongar su vida. Los métodos para lograrlo fueron variando en diferentes épocas y culturas de acuerdo con las creencias y los conocimientos del momento acerca del cuerpo humano y de su funcionamiento. Los pueblos de la Antigüedad le atribuían a las enfermedades un origen sobrenatural. Por lo tanto, también la curación tenía un carácter mágico y debían realizarla magos, hechiceros o sacerdotes (aún hoy en pueblos aborígenes se mantienen estas prácticas). En la Grecia del siglo V a. C. surgió una escuela de medicina, encabezada por Hipócrates, que comenzó a concebir el origen natural de las enfermedades. La tarea del médico consistía en ordenar reposo al paciente, procurar que estuviese limpio, hacerlo respirar aire puro e ingerir una dieta simple y sana.
A partir de entonces, el estudio del cuerpo humano despertó interés y curiosidad. Ya en el Renacimiento (siglos XV a XVII) se concluyó que la única forma de aprender acerca del cuerpo humano era a través de la observación y la experimentación. La invención del microscopio óptico, en el siglo XVII, permitió descubrir la presencia de los microorganismos y posteriormente se los reconoció como causantes de enfermedades. En el siglo XVIII el doctor inglés Edward Jenner dio el primer paso en el desarrollo de las vacunas (término que deriva de “vaca”) al experimentar en un niño un método preventivo contra la viruela que en esos tiempos diezmaba a la población. Esto culminó en 1980 con la erradicación en el mundo de la viruela, y con el desarrollo de numerosas vacunas para prevenir enfermedades.
A partir del siglo XIX y hasta la actualidad, la ciencia y la tecnología avanzaron aceleradamente. Esto ha permitido conocer detalles de la estructura y del funcionamiento del cuerpo humano, identificar las causas de muchas enfermedades y encontrar la forma de prevenirlas, de curarlas o tratarlas. Uno de los hitos de la medicina fue el descubrimiento de la penicilina en el siglo XX por Alexander Fleming, el antibiótico más usado actualmente en el mundo  que logró curar las infecciones y salvó innumerables vidas. A partir de este descubrimiento, se desarrollaron muchos otros antibióticos (ver Cuaderno Nº 51).    
Durante las últimas décadas con el advenimiento de la biotecnología moderna, el conocimiento de la estructura y el funcionamiento del ADN, se están desarrollando nuevas técnicas para diagnosticar, prevenir, tratar y curar enfermedades. El estudio del genoma humano (ver Cuaderno Nº 55) permitirá acelerar la identificación de aquellos genes causantes de enfermedades, y aportará valiosa información a las investigaciones científicas en el área de la salud. La biotecnología proporciona un amplio rango de usos potenciales en animales y humanos.

Biotecnología y salud: presente y futuro

Cada individuo posee una "receta" única de ADN que lo identifica, determina sus características y funciones. Es decir que los individuos de cualquier especie, cruce o línea híbrida pueden ser identificados por pequeñas diferencias en su secuencia de ADN (se podría detectar una diferencia de una letra en un millón). Pero, esto requiere de técnicas moleculares que permitan el estudio detallado del ADN.
Existe un gran número de técnicas moleculares, llamados marcadores moleculares, que permiten estudiar directamente segmentos de ADN de los individuos, para así obtener su ADN 'fingerprints', en otras palabras, conocer su identidad molecular o “huellas dactilares de ADN”. Esta “huella dactilar” puede ser usada para determinar las relaciones de paternidad o parentesco, para analizar a los donantes y receptores de órganos en programas de transplante, unir sospechosos con la evidencia de ADN en la escena del crimen (ver Cuaderno Nº 69), o servir como indicativo de pedigree para mejoramiento en semillas y ganado.
Existen muchas otras aplicaciones de las herramientas biotecnológicas en el área de la medicina y la salud, como se detalla a continuación:

Diagnóstico de enfermedades
El desarrollo de técnicas para el diagnóstico de enfermedades infecciosas o hereditarias es una de las aplicaciones de mayor impacto de la tecnología del ADN. Al utilizar las técnicas de secuenciación de ADN y de PCR (“Reacción en Cadena de la Polimerasa” que permite tener una gran cantidad de copias de un segmento de ADN determinado) los científicos pueden diagnosticar infecciones virales, bacterianas o fúngicas. La tuberculosis, el SIDA y muchas otras enfermedades infecciosas, son diagnosticadas mediante técnicas de PCR (ver Cuaderno Nº 67) en forma más sencilla y rápida que por los métodos tradicionales, permitiendo la intervención y tratamientos más tempranos.
Las enfermedades hereditarias son aquellas ligadas a la herencia genética. Actualmente se conocen las alteraciones genéticas que originan muchas enfermedades hereditarias y por lo tanto es posible no sólo explicarlas sino también diagnosticarlas y controlar a los portadores de esos genes para posibilitar su diagnóstico precoz y evitar el desarrollo de la enfermedad. En las familias en las que se conoce que el riesgo de transmitir una enfermedad hereditaria es alto, el análisis genético de los futuros padres así como el diagnóstico prenatal son de un gran valor para poder anticiparse al problema.
Además de la técnica de PCR, se utilizan otros métodos diagnósticos de enfermedades, como los anticuerpos monoclonales, los chips de ADN y los biosensores (ver Cuaderno Nº 68 y Nº69).

Producción de proteínas recombinantes:
La recombinación de genes humanos en el ADN de bacterias es una de las posibilidades más importantes que ofrece la biotecnología. Esta técnica posibilita obtener proteínas humanas con fines terapéuticos en sistemas de crecimiento rápido. El ejemplo más conocido es la obtención de insulina humana a partir de la inserción del gen que la produce en plásmidos de la bacteria Escherichia coli. Esta técnica es de gran valor porque las bacterias, al duplicar su número cada 20 minutos, producen en poco tiempo muchas copias del gen humano inserto en su ADN y en consecuencia, grandes cantidades de proteínas recombinantes (ver Cuaderno Nº 49).
Actualmente, los fármacos provenientes de organismos recombinantes se producen básicamente en tres sistemas: bacterias (fundamentalmente E. Coli), en levaduras, y en células de mamífero (en placas de laboratorio). Entre muchos ejemplos, se pueden nombrar:

Los factores de coagulación VIII, IX y VIIa, indicados en el tratamiento de algunos tipos de hemofilia, producidos en cultivo de células de mamífero.
Algunas hormonas, como la folículo estimulante, tirotrofina, gonadotrofina coriónica (en células de mamífero), insulina, hormona de crecimiento, paratifoidea (en E. coli) y glucagon e insulina (en levaduras).
Anticoagulantes como la irudina y activadores del plasminógeno tisular (en los tres sistemas).
Factores hematopoyéticos como el interferón alfa y gamma, producidos en E. coli.
Anticuerpos monoclonales Anti-IgE , Anti-TNF y Anti-IL2, producidos en cultivo de células de mamífero.

Si bien, hasta el momento, estas proteínas recombinantes son producidas solamente en estos tres sistemas, con el advenimiento de las técnicas de ingeniería genética que permitieron obtener animales y plantas transgénicos surgió también la posibilidad de utilizar a éstos como productores de proteínas recombinantes de interés farmacológico. Es decir, producir estas proteínas recombinantes en animales o plantas en vez de en biorreactores o fermentadores industriales en donde crecen las bacterias.
La estrategia de utilizar animales de granja (ovejas, vacas, cerdos, cabras, gallinas, conejos, etc.) como fábricas de productos farmacológicos recombinantes se denomina “Granja farmacológica”. Como ejemplo de una proteína producida en un animal transgénico se puede nombrar a la hormona de crecimiento humano para tratar casos de enanismo. Esta hormona es producida por la primera vaca transgénica, llamada Pampa Mansa, y es un desarrollo de investigadores argentinos. Pampa Mansa, que nació en 2002, es transgénica y clonada y produce en su leche la hormona de crecimiento humano. Estudios que le fueron realizados en Octubre de 2003, demostraron que  comenzó a dar leche con buenos niveles de hormona de crecimiento (ver Cuadernos Nº 9, Nº 47 y Nº 49).

Producción de antibióticos

Los antibióticos son moléculas con actividad antimicrobiana (inhiben el crecimiento de otros microorganismos). Originalmente, los antibióticos para uso humano se obtenían como parte del metabolismo de hongos y bacterias, por lo que se consideran la primera aplicación de la biotecnología a la industria farmacéutica. Hoy en día, muchos de ellos se fabrican de manera sintética en laboratorios farmacéuticos, imitando la receta del producto natural.
Actualmente, los laboratorios farmacéuticos dedican tiempo y dinero a la búsqueda de nuevos antibióticos ya que muchos que fueron alguna vez altamente efectivos han perdido utilidad frente a los organismos patógenos, debido a que los microorganismos desarrollan resistencia frente a antibióticos que en el pasado les resultaban letales.
Al ser los antibióticos productos del metabolismo secundario, suelen generarse naturalmente en concentraciones muy bajas. Es por eso que una vez elegidas las bacterias productoras, y utilizando técnicas de ingeniería genética, se busca la manera de mejorarlas en el laboratorio para transformarlas en “superproductoras”.
Por ejemplo, se puede aumentar el número de copias de los genes que codifican para las enzimas que intervienen en la producción del antibiótico. De esta forma se fabricará, a partir de una misma célula, más cantidad del producto final.
También, una vez conocidas las enzimas que participan en la síntesis del antibiótico, la ingeniería genética permite transferir estos genes a organismos más fáciles de crecer y manipular en el laboratorio, como Escherichia coli, para que éstos produzcan el antibiótico deseado en forma más rápida (ver Cuaderno Nº 51)

Producción de vacunas recombinantes

Las vacunas constituyen un método preventivo, mediante el cual el individuo adquiere inmunidad permanente contra algún agente patógeno específico. 
Tradicionalmente, las vacunas son preparadas a base del agente que causa la enfermedad, pero en un estado no patogénico. Estas vacunas, si bien son muy eficaces, presentan algunas dificultades ya que no todos los microorganismos se pueden cultivar en el laboratorio, la producción a menudo es cara, se requieren medidas muy estrictas para asegurar la completa inactivación o la atenuación adecuada de la cepa.
Es por eso que, desde principios de la década de 1980, se están desarrollando nuevas vacunas que, posiblemente, reemplazarán en un futuro a las vacunas tradicionales. Estas nuevas vacunas son producidas por ingeniería genética, basadas en la molécula de ADN y en las secuencias de aminoácidos que contienen la información genética con la cual el organismo patógeno produce la enfermedad. Las investigaciones se centran en mejorar las vacunas ya existentes para lograr respuestas inmunitarias más eficaces, buscar nuevas vías de administración, y unir varias vacunas en una única aplicación para reducir el número de inyecciones.
El primer exponente de vacunas recombinantes comercializada fue la vacuna contra la hepatitis B y en la actualidad se están desarrollando investigaciones en vacunas contra el virus del HPV (virus papiloma humano que genera verrugas genitales), la malaria (enfermedad que mata a casi 3 millones de personas por año), el citomegalovirus (que provoca un síndrome similar a la mononucleosis), la shigella (provoca diarrea), el herpes y enfermedades parasitarias como la toxoplasmosis. También se están probando vacunas contra el HIV (virus que causa el sida), y contra el cólera o el dengue, y varios tipos de cáncer.
Además del desarrollo de nuevas vacunas, se están estudiando otras vías de administración de las vacunas, como la nasal (a través de las mucosas) o intradérmicas (en la piel, aunque sin pinchazo). Otra opción de administración de vacunas muy interesante la constituyen aquellas que podrían ingerirse con los alimentos o “vacunas comestibles” (ver Cuaderno Nº 71 y Nº 74). El objetivo de estas investigaciones es desarrollar, mediante ingeniería genética, frutas o productos lácteos que sean iguales a los productos que se consumen habitualmente excepto por una única diferencia: la presencia de una proteína capaz de iniciar la respuesta inmune en el organismo. De esta forma, cuando el alimento es ingerido, se confiere inmunidad contra determinados agentes patógenos específicos. Así, estos alimentos pueden emplearse como vacunas comestibles para seres humanos y animales. Se espera que dentro de un tiempo las papas, los tomates, las bananas, la lechuga y la espinaca puedan prevenir enfermedades como la diarrea infantil, la hepatitis B y E, el SIDA, la rabia y la fiebre aftosa, entre otras. Por el momento, la mayoría de las vacunas comestibles se encuentran en proceso de desarrollo y evaluación, por lo que se deberá esperar un tiempo para que estos productos se encuentren disponibles en el mercado.

 
 

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