BIOTECNOLOGÍA PARA INMUNIDAD A INFECCIONES VIRALES

“Primera tecnología para diseñar un organismo que no puede ser infectado”.

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Internacional
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La biotecnología es una rama de la ciencia que combina la biología, la química y la ingeniería para desarrollar productos y procesos útiles para la humanidad. Esta disciplina se enfoca en la manipulación de organismos vivos para crear productos y procesos que van desde la agricultura y la alimentación hasta la medicina y la energía, entre otros.

Ejemplo de su avance son las terapias génicas y regenerativas, la medicina personalizada, los xenotrasplantes y la tecnología CRISPR (Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente Espaciadas, por sus siglas en inglés), que funciona como unas tijeras que permiten la edición del ADN, cortando y/o modificando segmentos en plantas, animales y microorganismos con extrema precisión.

Y en un paso adelante para la ingeniería genética y la biología sintética investigadores del Instituto Blavatnik de la Facultad de Medicina de Harvard y el Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica de Harvard modificaron una cepa de la bacteria Escherichia coli (E. coli) para que sea inmune a las infecciones virales naturales y al mismo tiempo se minimice el potencial de que la bacteria o sus genes modificados escapen a la naturaleza.

Sometiendo al virus

Esta investigación es un gran paso en busca de reducir las amenazas de contaminación viral, al aprovechar las bacterias para fabricar medicamentos como insulina y otras sustancias útiles como biocombustibles.

Actualmente, los virus que infectan cubas de bacterias pueden detener la producción, comprometer la seguridad de los medicamentos y causar pérdidas por millones de dólares.

Akos Nyerges, investigador en genética del Instituto Blavatnik y primer autor del estudio, señala: “Creemos que hemos desarrollado la primera tecnología para diseñar un organismo que no puede ser infectado por ningún virus conocido”.

El científico agrega que si bien no se puede decir que el método es completamente resistente a los virus, hasta el momento —según los experimentos de laboratorio y análisis computacionales— no se ha encontrado un virus que pueda romper la inmunidad.

Desarrollo

El descubrimiento se basa en investigaciones genéticas anteriores para lograr una bacteria útil, segura y resistente a los virus. En 2022 un grupo de la Universidad de Cambridge pensó que había creado una cepa de E. coli inmune a los virus. Sin embargo, el equipo de Nyerges —compuesto por el investigador Siân Owen, la estudiante graduada Eleanor Rand y el coautor Michael Baym, profesor asistente de informática biomédica en el Instituto Blavatnik en el Harvard Medical School (HMS)— recolectó muestras de sitios locales plagados de E. coli en cobertizos de pollos, nidos de ratas, aguas residuales, etcétera, así como en la calle del campus del (HMS), y descubrió un virus que aún podría infectar a las bacterias modificadas.

Descubrir que las bacterias no eran completamente resistentes a los virus “fue un impacto”, indicaron.

El método inicial implicaba la reprogramación genética de E. coli para producir todas las proteínas que sustentan la vida a partir de 61 conjuntos de bloques de construcción genéticos, o codones, en lugar de los 64 naturales.

La idea era que los virus no podrían secuestrar las células porque no podrían replicarse sin los codones faltantes.

No obstante, el equipo descubrió que eliminar los codones no era suficiente. Algunos virus traían su propio mecanismo para eludir las piezas faltantes. Por ello, Nyerges y sus colegas desarrollaron una forma de cambiar lo que esos codones le dicen a un organismo que haga, algo que los científicos no habían hecho hasta este punto en las células vivas. Y la clave la encontraron en los ARN de transferencia o ARNt.

Método

La función de cada ARNt es reconocer un codón específico y agregar el aminoácido correspondiente a una proteína que se está construyendo. Por ejemplo, el codón TCG le dice a su ARNt coincidente que se una al aminoácido serina. En este caso, el equipo eliminó TCG junto con el codón hermano TCA, que también requiere serina. El equipo también eliminó los ARNt correspondientes. Posteriormente los científicos agregaron nuevos ARNt tramposos en su lugar. Cuando estos ARNt ven codones TCG o TCA agregan leucina en lugar de serina.

Así, cuando un virus invasor inyecta su propio código genético lleno de TCG y TCA e intenta decirle a la E. coli que produzca proteínas virales, estos ARNt alteran las instrucciones del virus. La inserción de los aminoácidos incorrectos da como resultado proteínas virales mal plegadas y no funcionales. Eso significa que el virus no puede replicarse y seguir infectando más células.

El trabajo también proporciona la primera medida de seguridad incorporada que evita que el material genético modificado se incorpore a las células naturales y sugiere además un método general para hacer que cualquier organismo sea inmune a los virus y prevenir el flujo de genes hacia y desde los organismos modificados genéticamente (OGM).

Medidas de seguridad

El trabajo incorpora dos salvaguardas separadas:

La primera protege contra la transferencia horizontal de genes, un fenómeno que ocurre constantemente y en el que fragmentos de código genético y los rasgos que los acompañan, como la resistencia a los antibióticos, se transfieren de un organismo a otro. El trabajo representa la primera tecnología que evita la transferencia horizontal de genes de organismos modificados genéticamente (OMG) a organismos naturales.

El segundo mecanismo de seguridad consiste en el diseño de bacterias propias para que estas no puedan vivir fuera de un entorno controlado. Utilizando una tecnología ya existente se logra que la E. coli dependa de un aminoácido creado en laboratorio que no existe en la naturaleza. Así, por ejemplo, los trabajadores que cultivan E. coli para producir insulina las alimentarían con el aminoácido no natural y si alguna bacteria escapara perdería el acceso a ese aminoácido y moriría.

Fuente: Harvard Medical School

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