INGENIERÍA GENÉTICA Y MEDICINA

Transcripción

1 INGENIERÍA GENÉTICA Y MEDICINA Las biotecnologías, y muy en especial la ingeniería genética, encuentran un amplio y alentador campo de aplicación en la medicina. De ello ha resultado la creación de una especialidad, la biomedicina, cuyo objetivo es el tratamiento de las enfermedades mediante determinadas síntesis de la estructura genética del paciente. La posibilidad de inducir la síntesis de determinada proteínas (por ejemplo anticuerpos) a partir de procedimientos de ingienería genética y de la información contenida en genoma de las células del individuo, permitirá sin duda la creación de vacunas, facilitará los procesos diagnósticos y logrará la síntesis de sustancias de extrema importancia, por ejemplo, la molécula de la insulina en los diabéticos. Asimismo, la biomedicina aparece en la actualidad como el único campo alentador para el tratamiento de las enfermedades genéticas, hasta el momento imposibles de combatir de una forma etiológica. LAS ARMAS DE LA BIOMEDICINA Sin ningún tipo de dudas es en el campo de la medicina, y en general en el ámbito sanitario, donde las biotecnologías, han tenido y seguirán teniendo mayor incidencia. El objetivo fundamental de la biomedicina es la curación de las enfermedades. Las tres armas básicas que están incorporando para lograr su objetivo son las siguientes. Proteína Hormona del crecimiento Insulina Albúmina del suero Eritropoietina Factor VIII y factor IX Urogastrona Linfotoxina Interferones Aplicación Estimulación del crecimiento Diabetes Suplemento de plasma 1

2 Anemia Hemofilia Antiulceroso Antitumoral Antiviral, antitumoral y antiinflamatorio. En primer lugar, la fabricación de fármacos destinados a combatir una enfermedad mediante técnicas que utilizan el ADN reconbinante para su producción industrial, la obtención de vacunas que eviten el padecimiento de procesos infecciosos o la síntesis de los denominados anticuerpos quiméricos, objeto en la actualidad de profunda investigación por el tipo de arma múltiple y de gran eficacia que podrían representar para le defensas del organismo. En segundo lugar, la ingeniería genética aporta al campo sanitario grandes posibilidades para el perfeccionamiento del diagnóstico y tratamiento de determinadas enfermedades humanas. Una vez más, el ADN recombinante es el pilar básico de todos estos avances. La obtención de un nuevo tipo de anticuerpos, los monoclonales, es también de gran eficacia para tales finalidades. Por último, la posibilidad de realizar una terapia genética, es decir, sustituir genes defectuosos por genes sanos, da su toque final al panorama optimista que enmarca hoy en día el conocimiento de las enfermedades humanas y lucha contra las mismas.. LA OBTENCIÓN DE SUSTANCIAS DE INTERÉS MÉDICO. Una de las aplicaciones más importantes de la ingeniería genética en el sector sanitario es la obtención a escala industrial de productos propios de los seres vivos que éstos fabrican en cantidades muy pequeñas, pero cuya carencia implica graves desajustes del funcionamiento del organismo. De este modo, proteínas como la hormona del crecimiento o la insulina, que el hombre produce en cantidad apenas detectable, puede ser sintetizada por la bacteria Escherichia coli, previa manipulación genética, en una cantidad superior al 10% del total de las proteínas celulares. Aunque han surgido algunos problemas en la producción de proteínas de mamíferos por parte de microorganismos (necesidad de trasformar ligeramente la proteína una vez producida, la formación correcta de la estructura tridimensional de la proteína, etc.), los conocimientos referentes a la expresión de proteínas mamíferos en microorganismos se han desarrollado con gran rapidez y el número de proteínas humanas producidas mediante manipulación genética de Escherichia coli va aumentando día a día en la actualidad. En cualquier caso, la técnica utilizada para la obtención de una proteína concreta consiste en aislar el gen que esta en el origen de su síntesis, recombinarlo con un vector adecuado e introducirlo en una bacteria que siguiendo la información del gen insertado, producirá la proteína en cuestión. 2

3 PRODUCCIÓN DE VACUNAS Otro aspecto que tiene relación con el sector sanitario y más concretamente con la industria farmacéutica es la producción de vacunas. En muchos casos, el proceso clásico de obtención resulta costoso, muy laborioso y no extenso de riesgo. Así, por ejemplo, en la vacuna contra la hepatitis B debe extraerse la proteína causante de la enfermedad, contenida en la cápsula del virus correspondiente, a partir de la sangre o el plasma de los enfermos que padecen e inyectarla en individuos para que elaboren los anticuerpos que los inmunicen contra la posible infección. Al aislar la proteína no se tiene la certeza de que no valla a acompañada de alguna partícula vírica capaz de transmitir la enfermedad. La ingeniería genética en cambio ofrece nuevas alternativas. Siguiendo con el ejemplo anterior: puede obtenerse químicamente el gen vírico que determina la proteína de la cápsula, introducirlo en un vector apropiado (en general un plásmido) e inyectarlo en levaduras que sintetizan la proteína vírica en ausencia del virus y, por lo tanto, sin riesgo de infección. Actualmente están siendo investigadas algunas vacunas como las de la hepatitis B, el herpes, la malaria, la caries dental, la rabia o el cólera. Otra vía de interés, aunque todavía en fase de investigación, consiste en manipular genéticamente el virus conocido como virus de la vacuna ( virus vaccinia). Se trata de un agente vírico que a perdido in vitro la capacidad infecciosa pero conserva la de inmunizar contra la viruela. En el proceso de manipulación se le introducen genes que codifican proteínas de otros virus, por ejemplo, de la hepatitis B, de este modo que el paciente adquirirá inmunidad no solo contra la viruela, sino también contra la hepatitis cuando se la administre el virus manipulado. Se están efectuando intentos para conseguir una vacuna universal insertando asta veinte genes extraños en el genoma del virus viccinia y conseguir de ese modo que una sola vacuna inmunice contra un amplio conjunto de enfermedades. ANTICUERPOS QUIMÉRICOS Este tipo de anticuerpos merecen mención especial dentro del apartado de la obtención de fármacos. En la estructura de cualquier anticuerpo se distingue una parte variable, donde reside su especificidad ( capacidad de actuar contra una determinada toxina), y una parte constante con funciones no relacionadas con la especificidad. El método de elaboración de anticuerpos contra un antígeno consiste en inyectar éste animal de laboratorio (un ratón o un conejo). el organismo inyectado fabrica anticuerpos que, una vez purificados, podían utilizarse para proteger una persona, previa administración de los mismos. Pero, por desgracia, un anticuerpo elaborado por una especie que no sea la propia presenta suficientes diferencias respecto a ésta como para que el receptor lo reconozca como componente extraño y lo ataque. La ingeniería genética hace posible fundir ambos tipos de anticuerpos de manera que el del animal de laboratorio aporte la porción variable y, por la tanto, la especificidad de actuación. el organismo humano, por su parte, contribuiría con la porción constante y se evitarían de este modo los problemas de rechazo. Se conocen ya algunos de los resultados exitosos. Pero todavía hay más: muy recientemente se ha sustituido la porción variable de un anticuerpo quimérico por una enzima(la nucleasa de estafilococos) que destruye a las células con las que establece contacto. Imaginemos que el enzima que se incorpore sea específico para determinadas células, por ejemplo, las tumorales. Ello significaría que tendríamos en la mano un arma múltiple y de gran potencialidad para destruir de modo específico distintos agentes de la enfermedad. DIAGNOSTICO Y TRATAMIENTO DE LAS ENFRMEDADES HUMANAS. 3

4 Las técnicas de diagnóstico precoz disponibles en la actualidad (amniocentésis, cultivo de células amnióticas, análisis de sangre fetal) no son aplicables hasta el quinto mes de embarazo, cuando ya es demasiado tarde para proponer un aborto terapéutico sin complicaciones. En el campo del diagnóstico precoz y del tratamiento de enfermedades humanas, la ingeniería genética ha hecho grandes progresos a través de dos procedimientos básicos: La tecnología del ADN recombinante y los anticuerpos monoclonales. SONDAS DE GENES Las técnicas relacionadas con el ADN recombinante proporcionan a los médicos un instrumento de gran interés: las sondas de genes. Se trata de fragmentos de ADN mediante los cuales se detecta la presencia de genes con secuencias complementarias a las de las sondas. Para obtener una sonda, se aísla el ARN mensajero que se forma como intermediario entre el gen y la proteína cuya síntesis codifica y se transcribe a ADN, de forma que los nucleotidos que se añaden al medio para obtener este ADN están marcados radiactivamente. De esta manera se consigue señalizar adecuadamente el ADN obtenido. Las sondas resultan de gran utilidad para seleccionar entre una gran cantidad de fragmentos de ADN el correspondiente al gen que se quiere identificar. La utilización de sondas permitirá obtener el perfil genético de una célula y este conocimiento proporciona, a su vez, información muy precisa de los cambios celulares a medida que avanza la enfermedad, lo cual es de vital importancia para su tratamiento. En el campo del diagnóstico precoz, las sondas permiten detectar en el feto deficiencias hereditarias con la suficiente antelación como para proponer un aborto terapéutico. ANTICUERPOS MONOCLONALES César Milstein y Georges Köhler obtuvieron en 1975 un tipo de anticuerpos denominados monoclonales, caracterizados por su gran especificidad y por su reacción con un solo antígeno. La obtención de estos compuestos fue posible gracias a la fusión in vitro de dos células de ratón: la primera, extraída de la bilis, se encarga de producir el anticuerpo deseado, y la segunda es una célula cancerosa que con su capacidad ilimitada de reproducción asegura la perpetuación del cultivo de forma prácticamente indefinida. La célula resultante, o hibridoma, produce grandes cantidades de anticuerpo. La denominación de monoclonal para este tipo de anticuerpos procede de su fabricación que a medida que se divide produce un gran número de hibridomas idénticos. Gracias a estos anticuerpos ha sido posible aislar un buen número de antígenos concretos y proceder a su estudio. Esto no solo tiene importancia porque mejora el tratamiento de determinadas enfermedades infecciosas sino, sobre todo, porque permite conocer mejor la naturaleza de la superficie celular, la membrana, que es el lugar de reconocimiento entre antígeno y anticuerpo. Si se tiene presente que la membrana celular representa el medio de comunicación entre el interior y el exterior celulares, se entiende por qué el conocimiento de la misma facilita datos de gran interés relativos a la forma en que el organismo se defiende de los antígenos. Las posibilidades de utilización de los anticuerpos monoclonales en un futuro inmediato son muy numerosas. Así, la información que nos suministra acerca de la estructura de los antígenos permitirá construir los genes que fabriquen los anticuerpos que les hagan frente de manera específica. Una vez obtenidos los genes pueden clonarse en Escherichia coliy disponer de los anticuerpos para incorporarlos a las vacunas deseadas. Uno de los principales inconvenientes deriva del rechazo que este tipo de anticuerpos pueden provocar 4

5 ya que proceden de hibridomas obtenidos a partir de células de ratón. Esta limitación es especialmente seria en tratamientos prolongados como los que se requieren para combatir el cáncer. TERAPIA GENÉTICA El páncreas de un diabético no fabrica suficiente insulina y, por tanto, es incapaz de regular la cantidad de glucosa en sangre. La incapacidad para la síntesis de insulina se debe a que el gen que se ocupa del control de su secreción es defectuoso. Así pues, si se conoce qué gen es el defectuoso y cómo debe ser el gen correcto, y si se puede manipular el ADN, por qué no plantearse cambiar defectuoso por el normal? Esta es la pregunta que se formula la terapia genética, esto es, el conjunto de técnicas que permiten sustituir uno, o más genes defectuosos del patrimonio genético de un organismo por genes normales. Muchas enfermedades hereditarias humanas, más de un millar de las aproximadamente tres mil quinientas descritas, son debidas a defectos en un único gen. Afortunadamente, la mayor parte son mortales antes del nacimiento y son causas de un 15 20% de los abortos espontáneo que se producen en la actualidad. Cuando el individuo sufre una enfermedad genética, la primera operación que debe realizarse es construir una biblioteca de todo el conjunto de su material hereditario. Para ello es necesario trocear los genes con enzimas de restricción, tan indispensables para un ingeniero genético como las tijeras para un cirujano, y clonarlos con el fin de disponer de un gran número de copias que permitan su consiguiente estudio. En la actualidad es posible preparar una biblioteca semejante en una semana. A partir de entonces se debe utilizar las sondas características de la enfermedad que se quiere localizar, para buscar dentro de una muestra de ADN del paciente una cadena que se adapte a ellas. Í N D I C E INTRODUCCIÓN A LA BIOMEDICINA LAS ARMAS DE LA BIOMEDICINA LA OBTENCIÓN DE SUSTANCIAS DE INTERÉS MÉDICO PRUDUCCIÓN DE VACUNAS ANTICUERPOS QUIMÉRICOS DIAGNOSTICO Y TRATAMIENTO DE LAS ENFERMEDADES SONDAS DE GENES ANTICUERPOS MONOCLONALES EL TRATAMIENTO DE LA HEMOFÍLIA 5