El futuro del ADN se desarrolla ahora | ASU News

5 de abril de 2019

Los avances en la tecnología del ADN plantean preguntas fascinantes sobre el papel que desempeñará en nuestra sociedad, desde la medicina hasta la alimentación

Un arresto en el caso del Golden State Killer, que tiene décadas de antigüedad.

Un científico chino crea las primeras gemelas editadas genéticamente.

El ADN está cambiando claramente nuestra realidad.

En reconocimiento del Día Nacional del ADN, el 25 de abril, los científicos de la Universidad Estatal de Arizona se tomaron un tiempo para reflexionar sobre algunas grandes preguntas: ¿Qué nos ha llevado a este punto?, ¿hacia dónde vamos? y, sólo porque podemos, ¿deberíamos?

Como ocurre con la mayoría de los temas densos, el mejor lugar para empezar suele ser el principio.

Donde empezó todo

El principiante medio en ciencia podría señalar el Proyecto Genoma Humano que tuvo sus raíces en la década de 1980 como el origen de la ciencia moderna del ADN. Pero se remonta más atrás, al descubrimiento de la estructura de doble hélice en la década de 1950 y al desarrollo del proceso de secuenciación en la década de 1970, que desveló la información genética contenida en el ADN.

«Fueron avances tecnológicos cruciales que permitieron el desarrollo de todo el campo», dijo Robert Cook-Deegan, profesor de la Escuela para el Futuro de la Innovación en la Sociedad.

Fue testigo directo de cómo la genómica adquiría su forma actual a finales de la década de 1980, cuando el biólogo molecular James Watson -el mismo hombre que en 1953 había sido coautor del artículo que proponía la estructura de doble hélice de la molécula de ADN- le pidió que prestara sus conocimientos científicos y de política sanitaria al Proyecto Genoma Humano.

En ese momento, la tecnología informática empezó a avanzar a gran velocidad, lo que permitió a los científicos estudiar todo el genoma a la vez en lugar de un gen a la vez – por primera vez, tenían una visión de 30.000 pies de los bloques de construcción de la vida.

El término genómica se acuñó con el lanzamiento de la revista homónima revisada por pares en 1987 y ayudó a distinguir la ciencia de la genética, el estudio de la herencia que sólo consideraba un gen a la vez.

Esta nueva perspectiva de las curiosas interacciones y los fascinantes enredos de los cromosomas y las proteínas que nos hacen ser quienes somos dio paso a una era de diagnósticos más precisos. Al analizar el genoma de una persona y compararlo con el de sus parientes, los científicos pudieron señalar diferencias y similitudes en su composición genética que podrían hacerla más propensa a ciertas enfermedades o afecciones.

«Todos somos montañas, pero tenemos algunas diferencias.»

– La profesora adjunta de la Escuela de Ciencias de la Vida, Melissa Wilson

La profesora adjunta de la Escuela de Ciencias de la Vida, Melissa Wilson, estudia la evolución de los cromosomas sexuales y cómo podrían estar relacionados con el riesgo de enfermedades. En un artículo sin precedentes que se publicará próximamente, ella y un equipo de investigadores sostienen la teoría de que la propensión de las mujeres a tener un sistema inmunitario hiperactivo las ayuda a vigilar y combatir el cáncer mejor que los hombres.

Explica la utilidad de la referencia del genoma humano de la siguiente manera:

«Es como si te diera un rompecabezas de Camelback Mountain y te dijera: ‘Este es el genoma humano, es Camelback Mountain’. Pero en realidad, algunos de nosotros nos parecemos a los Apalaches, y otros a los Superstitions, y otros a Four Peaks. Todos somos montañas, pero tenemos algunas diferencias. Así que utilizamos ese rompecabezas de la montaña Camelback como referencia para ver en qué son iguales y en qué son diferentes».

Después, a mediados de la década de 2000, nuevas formas de secuenciación de ADN más rápidas permitieron detectar variantes en individuos y poblaciones.

«Eso es algo que nadie vio venir», dijo Cook-Deegan. La capacidad de identificar las diferencias genéticas entre poblaciones tiene amplias implicaciones para el rastreo de la ascendencia, incluido el estudio del ADN antiguo. Ha permitido a los investigadores conocer la ascendencia regional, los patrones de migración y otros aspectos.

En la actualidad, aunque los científicos ya han aprovechado el potencial del sistema de edición natural del genoma conocido como CRISPR-Cas9 para modificar genéticamente a los bebés en el vientre materno, Cook-Deegan advierte que aún nos queda mucho por aprender.

«Estamos en la etapa de los niños pequeños», dijo. «Están saliendo muchos datos y sabemos muy poco sobre muchas cosas. Comprender el genoma no es sólo saber qué genes se tienen, sino entender por qué y cómo y cuándo se activan y desactivan. … Todavía no entendemos en absoluto el trabajo de los interruptores reguladores. Estamos empezando a entenderlo. Eso va a durar aproximadamente otro siglo».

El genoma guía la medicina de precisión

Desde el siglo XVIII hasta el XX, la herramienta dominante de un médico era el microscopio. Observaban las células o los tejidos bajo el microscopio y luego decían: «Este paciente tiene la enfermedad X, Y o Z», basándose en la forma en que aparecían las células. Era muy bueno, y llevó la atención sanitaria muy lejos.

Entonces se lanzó el Proyecto Genoma Humano. El mayor proyecto biológico de colaboración del mundo, fue un proyecto de investigación científica internacional con el objetivo de determinar la secuencia del ADN humano e identificar y mapear todos los genes del genoma humano desde un punto de vista físico y funcional. Se completó en 2003.

«La medicina de precisión es, básicamente, una forma de afinar el modo en que tratamos a nuestros pacientes», dijo LaBaer. «Con la medicina personalizada, los médicos como yo siempre sentimos que personalizamos el tratamiento. No tratamos a una población, sino a un individuo».

Cuando LaBaer estudiaba medicina en el siglo XX, se observaban ciertas células y tejidos de la mama al microscopio y se decía «carcinoma ductal infiltrante de mama». Esa era la terminología de los patólogos para referirse al cáncer de mama. Ahora los médicos saben que una enfermedad bajo el microscopio es como siete u ocho enfermedades moleculares diferentes si se mira más profundamente. Existe el tipo luminal A, el tipo luminal B, el tipo HER2, el tipo triple negativo, etc. Y esos diferentes tipos se comportan de manera diferente con diferentes quimioterapias. También responden a terapias específicas que no están disponibles para los demás. Y eso es sólo para el cáncer de mama. El mismo tipo de cosas es cierto para otros tipos de cáncer, así como para otras enfermedades.

«En el siglo XXI, estamos observando más estas moléculas y estamos comprendiendo mucho más cómo contribuyen a la enfermedad, qué nos dicen sobre el pronóstico del paciente y qué oportunidades de terapia podemos aportar», dijo LaBaer.

El Proyecto Genoma Humano, por primera vez, esbozó una lista completa de partes humanas. El estudio del genoma humano nos ha permitido conocer todos los genes que lo componen. Ese fue el primer paso, y fue un gran paso. Pero ese proyecto examinó los genomas de unas pocas personas, y las personas varían mucho.

El programa de investigación All of Us fue lanzado por el gobierno de Estados Unidos en 2018. Busca extender la medicina de precisión a todas las enfermedades mediante la construcción de una cohorte nacional de investigación de 1 millón o más de participantes estadounidenses. Cualquier persona mayor de 18 años que viva en los Estados Unidos puede unirse.

Todos tenemos una probabilidad de contraer diferentes enfermedades. Pero cuando lo hacemos, nuestros resultados pueden diferir de una persona a otra con la misma enfermedad. Gran parte de ello es producto de nuestros diferentes genomas.

«¿Cómo entendemos la variación?» dijo LaBaer. «¿Cuál es la variación entre nosotros, y cómo la comprensión de esa variación ayuda a predecir los riesgos de enfermedad y/o las respuestas a la enfermedad cuando se producen? Al catalogar toda esa información, aprenderemos mucho sobre ese tipo de factores. Eso es lo que (All of Us) hace por nosotros».

Lo que la información del genoma puede hacer por el riesgo de enfermedad tiene sus límites. La metáfora favorita de LaBaer es que el genoma es una receta, pero las personas a las que se les da la misma receta pueden hacer platos que saben un poco diferentes.

«El genoma es el punto de partida, pero no es la respuesta a todo»

– Joshua LaBaer, profesor y director ejecutivo del Instituto de Biodiseño de la ASU.

El genoma es el plano de cómo hacer una persona. Las personas son un poco diferentes del genoma, porque se desgastan. Las cosas se rompen. A veces las personas se rompen incluso cuando siempre han parecido estar bien, como un atleta vegano que desarrolla diabetes a finales de los 40 años.

«El genoma no nos dice necesariamente lo que le va a pasar a una persona», dijo LaBaer. «Nos da la posibilidad matemática de las cosas que podrían ocurrirle a esa persona. … El genoma puede decirnos las probabilidades de que seamos capaces de metabolizar ciertos medicamentos de determinadas maneras. … Eso se llama farmacogenómica, y es muy importante. El genoma es el punto de partida, pero no es la respuesta a todo»

Hay muchas cosas sobre la información del ADN que la gente necesita saber, dijo LaBaer. Aunque se puede secuenciar todo el genoma humano, se sabe bastante poco sobre cómo interpretarlo.

«Si alguien te dice: ‘Oh, vamos a secuenciar tu genoma y eso lo arreglará todo’, probablemente no sea cierto», dijo. «Es casi seguro que no es cierto. Ciertamente, algunos de esos elementos son útiles. Hay trastornos genéticos conocidos que se pueden detectar».

Si vas a padecer una enfermedad cardíaca o un tipo específico de cáncer, la mayoría de lo que se conoce ahora no puede predecirlo. Y, al contrario de lo que se ve en la televisión, la secuenciación del genoma no puede decir si tu herencia es albanesa o letona. ¿Qué deben tener en cuenta los consumidores?

«Hay que tener cuidado con el tipo de promesas que se hacen sobre lo que se va a aprender de esto», dijo LaBaer. «Muchas de estas empresas prometieron inicialmente todo este valor médico para la gente, y la FDA les obligó a retractarse de esa afirmación. Ahora, la mayoría de ellas se comercializan como si hablaran de su patrimonio. Incluso ahí, creo que mucho de lo que se promete es un poco exagerado en este momento. Cuando la gente dice que tienes un 30% de esto y un 15% de aquello, no sé lo que significa. No sé hasta qué punto se entiende eso en este momento. … El ADN sólo es útil si la información clínica que se adjunta es también precisa. A menudo no lo es».

LaBaer advierte de que merece la pena mirar la letra pequeña en cuanto a cuestiones de privacidad. Algunas de las empresas que secuencian genomas venden esa información a otras empresas con fines de investigación. En teoría, no se identifica como propia. Dirán que es de una mujer caucásica de 30 años, o algo parecido. Muchos de sus modelos de negocio no se basan en los honorarios que has pagado, sino en los honorarios por vender la secuencia a otra persona. Y, como se discute en otras secciones de esta serie, no hay barreras legales para que las fuerzas del orden entren en cualquiera de estas empresas y vean lo que tienen.

Búsqueda de soluciones con terapias genéticas

Cuando la herramienta de edición de genes CRISPR irrumpió en escena en 2012, los científicos vieron inmediatamente su potencial para curar enfermedades genéticas. Samira Kiani ha construido su carrera en torno a su pasión por aplicar la tecnología CRISPR a la biología sintética. Profesora adjunta en la Escuela de Ingeniería de Sistemas Biológicos y Sanitarios, ha establecido su programa de investigación para combinar la tecnología CRISPR con la biología sintética para desarrollar terapias genéticas más seguras y controlables.

¿Es realista ese potencial? Qué viabilidad tienen las soluciones?

Hay tres áreas principales en las que CRISPR puede tener un impacto potencial, según Kiani. La primera es la terapia génica: Los pacientes con enfermedades genéticas formales, como enfermedades metabólicas o trastornos inmunológicos, tienen algún tipo de genes defectuosos.

«Podemos utilizar CRISPR para interrumpir esos genes defectuosos o corregirlos», dijo Kiani. «Esta vez, CRISPR nos permitiría localizar el tipo de genes que ya existen en el ADN humano y simplemente modificarlos, corregirlos o interrumpir los genes defectuosos».

Otro ámbito potencial para CRISPR sería la corrección de genes de susceptibilidad que ponen a las personas en riesgo de padecer enfermedades como la diabetes, el cáncer y la aterosclerosis. Un dispositivo de entrega pondría CRISPR en el cuerpo del paciente. La herramienta iría a un órgano determinado y cambiaría los genes.

«CRISPR nos permitiría en algún momento -digamos dentro de cinco o diez años- desarrollar una forma de terapia génica utilizando CRISPR e ir a modular esos genes para que realmente ya no confieran susceptibilidad a esas enfermedades», dijo Kiani.

La tercera aplicación para la salud humana que cita Kiani es corregir un gen defectuoso a nivel embrionario. Por ejemplo, si una pareja tuviera genes que provocaran inmediatamente una enfermedad en el feto, podría realizar una fecundación in vitro y los genes podrían corregirse a nivel del embrión. Luego se podría implantar el embrión corregido.

CRISPR también se está utilizando para diagnosticar ciertas enfermedades genéticas o virus que pueden infectar las células, como el VPH, el VIH o el Ébola.

Las aplicaciones clínicas son factibles dentro de cinco a diez años, según Kiani. La tecnología avanza rápidamente, pero hay una trampa.

El escritor de ciencia ficción William Gibson dijo: «El futuro está aquí. Sólo que aún no está ampliamente distribuido». Viaja de una gran ciudad a un pueblo rural, o de una nación industrializada a una en desarrollo, y la distribución desigual de cualquier cosa avanzada es evidente.

«Con tecnologías como ésta, se plantean todos los problemas de acceso e igualdad de acceso», dijo Kiani. «¿Cómo hacemos que sea asequible para que todos los consultorios médicos lo tengan? Si hablamos de la accesibilidad de los pacientes en todas las consultas médicas, yo diría que a más largo plazo, quizá 15 o 20 años. Cuando se desarrolla una nueva tecnología, como Internet o el iPhone, cada vez que se desarrollan estas nuevas tecnologías, los ricos tienen mejor acceso a ellas. Así que yo diría que una vez que esta tecnología se desarrolle rápidamente, será accesible para las personas con más dinero o los gobiernos y las compañías de seguros tendrán que subirse al carro para que realmente proporcionen esta accesibilidad a los pacientes».

La atrofia muscular espinal es una enfermedad debilitante que provoca la muerte de las células nerviosas de la columna vertebral. La FDA aprobó la venta de un nuevo medicamento para el tratamiento de esta enfermedad. El fármaco engaña a las neuronas espinales para que utilicen otro gen para producir proteínas, lo que permite al paciente sobrevivir. Aquí está el truco: El fármaco cuesta 750.000 dólares el primer año y 375.000 dólares al año después, de por vida.

Las terapias genéticas tienen el potencial de aliviar ese problema del coste. Requieren la creación de un medicamento específico para cada paciente. Hay que diseñarlo, personalizarlo, administrarlo y supervisarlo por varios expertos. Actualmente, nada de eso es barato.

Pero hay una luz al final de ese túnel, dijo Kiani.

«La pretensión con CRISPR es que, al ser más fácil de reutilizar, los costes podrían ser menores», dijo.

Podemos -pero ¿debemos?

Las cuestiones éticas relativas a la biotecnología ya formaban parte de la conversación sobre ciencia y política sanitaria cuando el campo de la genética humana despegó, gracias en parte a la investigación sobre armas biológicas que duró hasta la Convención sobre Armas Biológicas de 1972 y a la llegada de la biotecnología agrícola (que sigue siendo controvertida hasta hoy).

En relación con la ciencia del ADN, el profesor asociado de la Escuela de Ciencias de la Vida, Ben Hurlbut, dijo que las preocupaciones éticas surgieron de la combinación de las esperanzas que se pusieron en el conocimiento que el genoma humano podría darnos -como la capacidad de tratar enfermedades- y los usos que se le podrían dar y que podrían ser contrarios al bien público.

Hurlbut y sus colegas están trabajando en la creación de un nuevo tipo de estructura para la gobernanza del campo: un observatorio global para la edición de genes, sobre el que escribió en un artículo de marzo de 2018 para Nature.

«En los primeros días del desarrollo de la genética y la tecnología asociada a ella, había una tendencia en la comunidad científica a plantear esas grandes cuestiones éticas», dijo. «Pero a lo largo de los años se ha producido una especie de resistencia a ello y un silenciamiento de los debates que miran hacia el futuro».

Cook-Deegan puede dar fe de lo primero. A los pocos años de trabajar en el Proyecto Genoma Humano, escribió «The Gene Wars: Science, Politics, and the Human Genome» (La guerra de los genes: la ciencia, la política y el genoma humano), un relato personal de la génesis y las primeras fases del proyecto que también abordaba las inquietudes sobre las implicaciones médicas y sociales de gran alcance. Más tarde, fundaría el Centro de Ética, Derecho y Política del Genoma de la Universidad de Duke.

Lo interesante del campo de la genética humana, señaló, es que comenzó a despegar al mismo tiempo que los historiadores de todo el mundo empezaban a reexaminar la historia de la eugenesia y la llamada «higiene racial» que condujo a la esterilización y a la prohibición del matrimonio interracial. Así que, a medida que el campo avanzaba, también lo hacía el malestar por el resurgimiento de tales males.

Al mismo tiempo, la mayoría comprendía los beneficios potenciales de la genómica para la salud.

«Así que, desde el principio, hubo debates éticos y un esfuerzo paralelo para hacer algo con respecto a la política, para pensar en las cuestiones legales que iban a tener que ser abordadas», dijo Cook-Deegan.

Algunas de las primeras preocupaciones éticas con la biotecnología estaban relacionadas con la bioseguridad, el control militar e industrial de la vida y la ingeniería genética. Últimamente, como mencionó Hurlbut, las cosas se han complicado aún más.

«Nuestra capacidad de hacer cosas supera con creces nuestra capacidad de hacerlo de forma ética»

– Andrew Maynard, profesor de la Escuela para el Futuro de la Innovación en la Sociedad

En 2013, en respuesta a una empresa de diagnóstico molecular que lo intentaba, el Tribunal Supremo dictaminó que los genes humanos aislados no podían patentarse. Mientras que los defensores del argumento alegaron que las patentes fomentarían la inversión en biotecnología y promoverían la innovación en la investigación genética, los opositores afirmaron que patentar genes aislados obstaculizaría la investigación adicional de enfermedades y limitaría las opciones para los pacientes que buscan pruebas genéticas.

Y también hay razones para cuestionar si confiamos demasiado en lo que el ADN nos dice sobre los factores de riesgo de las enfermedades para determinar los tratamientos y predecir los resultados de la salud.

«No soy médico», dijo Wilson, «pero por ejemplo, se aconseja dar aspirina a todo el mundo para ayudar a prevenir los accidentes cerebrovasculares. Resulta que no funciona realmente en las mujeres. Y esto se sabe desde hace décadas. Pero se la damos de todos modos.

«Así que tenemos una medicina personalizada basada en poblaciones que no son representativas de las personas con las que trabajamos. Si realmente queremos tener una medicina personalizada, necesitamos que nuestros conjuntos de datos sean realmente representativos de todo el mundo. Y ahora mismo no lo son, por desgracia».

Andrew Maynard, profesor de la Escuela para el Futuro de la Innovación en la Sociedad, estudia la tecnología emergente y la innovación responsable. En su nuevo libro, «Films from the Future», aborda una serie de cuestiones en torno a la ética de cómo trabajamos con el ADN y lo que significa innovar de forma responsable.

En los próximos años, cree que es cada vez más urgente que no sólo los científicos, sino todas las personas a las que la tecnología del ADN puede afectar, aprendan a ser socialmente responsables con ella.

«Nuestra capacidad de hacer cosas supera con creces nuestra capacidad de hacerlo de forma ética», dijo. «Así que tenemos la enorme obligación de pensar críticamente sobre lo que hacemos y mantener una conversación abierta al respecto».

La modificación de genes en nuestras mesas

En cuanto a esa controvertida biotecnología agrícola, los organismos modificados genéticamente existen desde principios de los años setenta. Las definiciones varían, pero el consenso gira en torno a un organismo que ha sido alterado de una manera que no ocurriría en la naturaleza.

Una bacteria fue el primer organismo en tener su ADN alterado, seguido por un ratón y una planta. El primer organismo manipulado con fines comerciales fue el tomate Flavr Savr, que llegó a las estanterías de los supermercados en 1994. La FDA lo declaró tan seguro como un tomate natural. El objetivo de todos los productores de tomates es poder manipularlos lo antes posible y que tengan una vida útil más larga. La intención del fabricante era retrasar la maduración. Los Flavr Savrs tenían una vida útil más larga, pero seguían teniendo que ser recogidos y manipulados como cualquier tomate madurado en la viña. La empresa tuvo problemas con los beneficios, sobre todo porque no sabía lo suficiente sobre la parte agrícola del negocio, y finalmente fue adquirida por Monsanto.

Avance otra década y GloFish llegó al mercado. Siguen existiendo, para la gente que piensa que los peces tropicales son demasiado monótonos. En 2015, el salmón atlántico AquAdvantage llegó a los mercados canadienses. Modificado para crecer hasta el tamaño de mercado en 16 o 18 meses en lugar de tres años, inicialmente se bloqueó su venta en EE.UU. A principios de marzo, sin embargo, la FDA levantó la prohibición de importar salmón y huevos de salmón modificados genéticamente.

Oya Yazgan es bióloga molecular en el Colegio de Ciencias y Artes Integradas, donde imparte un curso sobre alimentación y salud humana. Su pasión es cómo se producen los alimentos y las consecuencias de su consumo.

Hay una gran pregunta que se cierne sobre los alimentos transgénicos: ¿Son seguros? La respuesta corta: nadie lo sabe realmente. Se han hecho investigaciones y se han utilizado como referencia para decir que los OGM son seguros, pero no es una ciencia seria ni fiable, dijo Yazgan.

«Tenemos que analizarlos con mucho cuidado antes de jugar con la salud de la gente»

– Oya Yazgan, bióloga molecular del Colegio de Ciencias y Artes Integradas

«Los estudios a los que se refieren están mal diseñados y los análisis estadísticos no son sólidos, y están sacando conclusiones que no son científicamente válidas», dijo. «Tenemos algunas pruebas preliminares que necesitan una investigación científica más sólida que indica que hay daños que están siendo causados por estos OMG. Se observan daños intestinales en ratones y cerdos. El mayor problema general que veo es que estos estudios no están bien diseñados. Son a muy corto plazo, cuando se piensa en los posibles efectos. Están truncando estos estudios. Si no se ven los efectos, entonces están concluyendo que son seguros, lo cual es, en mi opinión y en la de muchas otras personas, irresponsable»

Los estudios que concluyen que los OMG son seguros a menudo han sido realizados por investigadores patrocinados por la industria. Los investigadores independientes tienen una opinión opuesta.

«Muchas publicaciones e informes de noticias y todo lo que miro tiene básicamente vínculos con la industria», dijo Yazgan. «Se trata de una industria enorme -todo el mundo es consciente de ello- y la sensación es que se está impulsando antes de que tengamos respuestas definitivas sobre su seguridad. Esa es mi preocupación y mi frustración al respecto»

Los alimentos transgénicos están claramente etiquetados como tales en la Unión Europea. En Estados Unidos, los alimentos son ecológicos o no lo son.

«Existe ese empuje porque la industria tiene un mayor control sobre la investigación científica y las publicaciones y lo que se pone a disposición del público», dijo Yazgan. «En Europa hay más regulaciones que controlan la liberación de estos OGM y de cualquier otra sustancia también. Hay más apoyo público en Europa. En Estados Unidos hay más apoyo empresarial. Ésa es la mayor diferencia»

¿Cuál es la mejor opción para los consumidores preocupados? Ahora mismo sería lo orgánico, porque los transgénicos no están etiquetados. La gran agricultura está tratando de eludir las regulaciones, dijo Yazgan.

«La última técnica que se utiliza para hacer modificaciones en los genes, son poco diferentes de las anteriores y no dejan huella en el ADN de los organismos que están cambiando», dijo. «La FDA no lo considera ingeniería genética, aunque lo sean. Intentan evitar la normativa».

Los problemas intestinales, como el síndrome del intestino irritable, van en aumento, pero no están definitivamente vinculados a los OGM.

«Tenemos que analizarlos con mucho cuidado antes de jugar con la salud de la gente», dijo Yazgan.

Escrito por Emma Greguska y Scott Seckel/ASU Now

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