admin – Fundación InnovaGen

Ya sabemos por tanta difusión en los medios que el Covid-19 es una enfermedad principalmente respiratoria causada por un virus, el SARS-CoV-2, perteneciente a una familia de coronavirus que se caracterizan por su forma de coronas en la membrana. Lo que aún falta por difundir son algunos aspectos moleculares que le dan a este virus ciertas propiedades para cambiar y adaptarse. Tal conocimiento ayudaría más fácilmente y rápidamente a la erradicación y/o control de este agente altamente infeccioso.
En la Fundación InnovaGen, aportamos desde diferentes aspectos al bienestar y la salud de la población caucana. Uno de esos espacios es la divulgación de conocimiento especializado como las revistas científicas. Precisamente, hemos logrado publicar un artículo de Revisión (Review) de libre acceso sobre los aspectos moleculares y evolutivos del SARS-CoV-2 en la prestigiosa revista Global Health, Epidamiology & Genomics (Cambridge University Press, UK). Y ahora queremos no solo compartirlo sino simplificarlo a todas las audiencias.

1. Aspecto Evolutivo

El primero de los aspectos que se debe entender es que los virus tienen un material genético que les permite replicarse (es decir, copiarse muchas veces). En su proceso natural, los virus carecen de la maquinaria celular para construir sus partes y ensamblarse, por ello usan un hospedero que son las células que infectan. Al hacerlo, la célula infectada deja de cumplir sus funciones normales para dedicarse casi totalmente a copiar el virus. Esta estrategia esta codificada en el material genético del virus que la célula infectada acepta y cumple. Después de un tiempo (a veces horas, días, meses, años según el tipo de virus) las células terminan colapsando y muriendo para liberar el resultado de su arduo trabajo de copias.

Pero hasta las bacterias tienen mecanismos para defenderse de infecciones, los humanos tenemos varios: el sistema de reparación de ADN el sistema inmunológico innato y el adapatativo. ¿Entonces será que no son eficientes? La respuesta es que nuestro sistema inmunológico es MUY eficiente, el problema es que los virus tienen una capacidad de cambio más rápida que la de nuestro sistema inmune para reconocerlo.

Aquí de nuevo entra el material genético y como diminutos cambios en el ADN o ARN (según el tipo de virus) van generando cambios a nivel morfológico (es decir, estructural). Si son las estructuras las que nuestro sistema inmunológico detecta, al cambiar estas estructuras a nuestro sistema le toca empezar de nuevo desarrollando y produciendo nuevos anticuerpos.

2. Todo cambia, excepto el cambio

El filosofo griego Heráclito, propuso que en la vida y la naturaleza todo cambia, y lo único que permanece inmutable es el cambio en si. En biología, Darwin ayudo a explicar cómo este cambio constante de los seres vivos se da, se mantiene y se diversifica en nuevas formas de vida. También logro explicar como a través de las interacciones de estos cambios con su entorno (medio ambiente y selección natural) los hacían ser más abundantes o incluso desaparecer.

Cuando hablamos a nivel de acidos nucleicos como ADN o ARN, estos cambios se llaman “Mutaciones”. Estas mutaciones alteran el orden o el código (las instrucciones) y generan cambios en las estructuras que en nuestro caso son las del virus. La mayoría de los cambios desestabilizan las estructura, otra gran proporción de esos cambios no alteran las estructura y no generan cambios estructurales. Estas mutaciones se conocen como “sinónimas” porque el significado cifrado es el mismo. Finalmente, están los cambios que si le sirven al virus para ser mas eficiente en su labor viral (infectar, enfermar, evadir la respuesta inmune, transmitirse por diferentes vías, resistir tratamientos, esconderse y no ser detectado, ser letal, etc…).

Las noticias nos inundan con información sobre nuevas variantes, a veces más patógenas o mas infecciosas, o mas resistentes y esto se debe a que ciertas combinaciones de cambios en el ADN o ARN le han dado esas propiedades al virus. Esto se conoce como caracteres adaptativos. En los humanos, los cambios pueden venir de 4 fuentes: Las mutaciones, las migraciones, la deriva génica y la selección natural. En los virus, solo existen dos fuentes: 1) las mutaciones, que por cierto son muchísimo mas frecuentes en los virus y 2) la tasa de replicación, es decir, que tan rápido un virus logra copiarse y con que eficiencia (resultado de velocidad y número de copias hechas).

El resultado de muchas copias puede inducir errores en la copia y con ello mutaciones que sumadas a otras mutaciones resultan en valor adaptativo del virus. A veces, con muy poca probabilidad pero aun siendo posible se dan cambios que hacen a los virus como verdaderamente peligrosos, como su primo el MERS que tiene una tasa de mortalidad del 34% (1 de cada 3 personas mueren) o como la viruela del siglo pasado que tenia una mortalidad de más del >60% y mato más de 350 millones de personas en todo el mundo hace más de 100 años.

3. El efecto cultural en la epidemiología

Es extremadamente interesante como las costumbres, estilos de vida y hasta caracteres personales de una sola persona modelan la biología con consecuencias fatales. Una mala decisión política (por arrogancia e ignorancia) puede convertir un país en foco de infección como sucedió con Estados Unidos y su presidente (Trump) que decía que la gripa era mas peligrosa y lleva solo en ese país mas de 1 millón de muertos, o Brasil cuyas decisiones políticas (y similarmente arrogantes e ignorantes de sus líderes) suman 32 millones de infectados y mas de 666.000 muertos en ese país.

Si aun los países desarrollados tienen problema para educar a la población y controlar la epidemia, en Suramérica, que tiene serios problemas sociales, políticos, económicos, de infraestructura y comunicaciones los retos son aún mayores. Y es que precisamente, ese desorden, ignorancia, desobediencia civil, rebeldía, mediocridad y corrupción generalizada de nuestra población fueron las que llevaron a que el virus aprovechara ese caos para generar diversidad resultando en variantes con valor adaptativo.

4. Conclusión

Suramérica que representa menos del 5% de la población mundial llego a tener en algún momento (específicamente entre la segunda y tercera ola de contagios) el 32% de las personas infectadas en el mundo, es decir que 1 de cada 3 personas en el mundo era de Suramérica. La vigilancia genómica y monitoreo epidemiológico como se llama al proceso de ir viendo en tiempo real los cambios genéticos del virus tenían un atraso promedio de 20 días en Europa mientras que para países como Venezuela, Bolivia y Uruguay sobrepasa los 8 meses. Esto creo un vacio de informacion ya que, además del desorden cultural, no hay herramientas, personal e infraestructura ni controles o información basada en ciencia para hacerle seguimiento a los cambios del virus.

Ya nos empiezan a parecer rutinarias, comunes y “normales” los tapabocas en todo el mundo desde el 2020 cuando el SARS-CoV-2, virus causante del Covid19, llego como invitado no deseado. Al principio de la pandemia, recuerdo una gran polémica sobre si efectivamente existía un virus y si de verdad era “tan letal” y si en realidad los tapabocas podían contenerlo o ser efectivos.

Ya sabemos que el virus realmente existe, conocemos su genoma y los genomas de las variantes emergentes y hemos logrado un mejor entendimiento de la epidemiología de este virus, sin embargo, aún es muy limitada y poco conocida la información sobre la eficacia del tapabocas.

Este es un resumen, de lo que sabemos hasta ahora, sobre cómo se transmite el virus a través del aire y la eficiencia de los tapabocas para contener no solo el SARS-CoV-2 sino cualquier otro tipo de virus, especialmente aquellos que afectan el sistema respiratorio.

Un poco de contexto

El aire que sale de nuestro cuerpo, ya sea por respiración, al hablar, toser o estornudar tanto por la boca como por la nariz, esta cargado de fluido respiratorio que se desprende de nuestros órganos respiratorios (pulmones, bronquios, garganta, fosas nasales, etc) por la fuerza mecánica del aire con las membranas de nuestros tejidos. Estas fuerzas forman gotas diminutas, invisibles que se disipan en el aire.

Algunas actividades enérgicas como cantar y toser generan no solo una mayor cantidad de gotitas sino también una mayor velocidad y volumen de dispersión de esas gotas en el ambiente. Estornudar, una actividad inmunológicamente brusca y mecánica para expulsar material foráneo lo hará con mayor volumen y velocidad, generando mayor área de dispersión.

La mayoría de esas gotas diminutas tienen menos de 5 micrones (un micrón es una milésima de milímetro) y les llamamos aerosoles. Cualquier cosa mas grande se llamará gota y por su masa tienden a caer mucho más rápido que los aerosoles que, por el contrario, son capaces de mantenerse hasta horas en suspensión según la calidad del aire (temperatura, presión, humedad, etc).

En el ultimo año y medio, desde la pandemia, el virus de SARS-CoV-2 se ha detectado en diversas fuentes de aire entre las cuales se destacan por obvias razones el aire en los hospitales. En recientes estudios de aire exhalado donde se analiza con pruebas de PCR la detección del ARN viral, se encontraron copias de ARN viral que van desde las 10 hasta las 100mil copias por metro cubico de aire.

Los infectados: la mayor fuente

Los estudios epidemiológicos han demostrado que la carga viral es independiente a la sintomatología de la enfermedad, es decir, cargas virales bajas pueden verse en personas asintomáticas como en personas criticas. De igual forma, existen asintomáticos y pacientes en UCI con alta carga viral.

Asi las cosas, es fácil entender que en cada partícula de aerosol de un micrón pueden haber algunas pocas copias del virus (decenas), pero en gotas de 100 micrones, perfectamente podrían haber miles de copias del virus. De esta forma, cualquier respiro, palabra o estornudo podría contener entre miles a millones de aerosoles y gotas de diversos tamaños.

Por física, sabemos que una vez las gotas salen del cuerpo (calientes) se exponen al aire seco del ambiente y el fluido se evaporará con mayor rapidez de las gotas mas grandes y las convertirá en aerosoles. La cantidad de virus permanece igual, pero ahora mas concentradas en aerosoles mas pequeños y livianos que a su vez. Esto significa un mayor tiempo de suspensión en el aire (por varias horas) y representa un alto riesgo de infección.

El riesgo de los ambientes interiores

Sabemos que en una habitación determinada la cantidad de virus que una persona inhala es directamente proporcional a la cantidad de virus que una persona infectada emite al aire. En términos simples, cuanto más virus se exhale en una habitación, más personas en la habitación lo inhalarán.

Ahora bien, el verdadero riesgo de infección reside en muchas variables como por ejemplo: 1) la carga viral del enfermo, entre mayor carga viral más partículas se desprenderán del tejido. 2) la proximidad de la persona expuesta al paciente enfermo. Tanto en distancia como en tiempo el riesgo será proporcional si el tiempo es mayor y la distancia menor. 3) El tamaño y la circulación de aire en el espacio. Un ambiente pequeño y con baja ventilación o circulación del mismo aire aumenta significativamente el riesgo.

Sabiendo que en cada exhalación se emiten partículas al ambiente, un ambiente cerrado solo ira acumulando de manera aditiva las partículas virales. Si combinamos al menos los 3 factores descritos anteriormente, sin lugar a dudas entrará en contacto con el virus, lo respirará y con alta probabilidad podrá quedar infectado.

Tapabocas en ambientes cerrados — Usar tapabocas en ambientes cerrados ayuda a prevenir infecciones

¡Los tapabocas SI sirven!

Es extremadamente difícil poder medir o cuantificar con precisión la eficiencia de los tapabocas en la población ya que hay muchas variables a considerar como la carga viral, los flujos de aire en un ambiente, los materiales texturas y porosidades de los tapabocas entre muchas otras o la fuerza con la que las personas hablan, cantan, gritan, tosen o estornudan además del tiempo que pasan en esa actividad.

El correcto uso del tapaboca tiene un impacto proporcional a la carga viral de la persona infectada. Si la carga viral es baja quizás no es suficiente para infectar a otros y el tapabocas solo disminuiría poco esa baja probabilidad. Por el contrario. Si la carga viral es alta, la retención de partículas aerosoles podría ser mucho mayor con tapabocas estándar (>50%) y con los de tipo N95 (>70%). Si agregado a eso tanto el infectado como el visitante usan tapabocas podría ser mucho más efectiva la protección.

De esta forma, aunque sea difícil de cuantificar, cualquier gota o aerosol retenido por el tapabocas es ganancia y prevención de la infección y por ende de la distribución del virus en la población. Es por ello que el correcto uso del tapabocas, la vacunación, el distanciamiento social y la buena y frecuente higiene son herramientas fundamentales para controlar la infección.

Ahora que se descubren y surgen nuevas variantes el uso de estas estrategias preventivas tiene mayor relevancia y menos se debe bajar la guardia ya que en la medida que las olas de infección multiplique por billones las copias virales aumenta también la probabilidad de nuevas variantes que puedan ser mas virulentas.

Pablo A. Ortíz P. es doctor en Biología Molecular, postdoctor en Bioinformática e Investigador en la Fundación InnovaGen.

Generalidades

El 17 de enero del presente año, casi un año desde que su genoma fuera reportado, escribíamos una columna en este blog sobre las 13 mil mutaciones reportadas en los casi cien mil genomas de virus SARS-CoV-2, causante del Covid-19, secuenciados hasta la fecha. Ahora, casi dos años después, con más evolución del virus, la cantidad de mutaciones se ha triplicado y la cantidad de genomas para validarlo supera los 5 millones.

Un esfuerzo jamás visto en la historia de la ciencia y un deseo casi aberrante por terminar las restricciones de la pandemia han acelerado desde el uso de herramientas moleculares , un entendimiento único y sin precedentes sobre tres aspectos importantes de la epidemiología: 1) las tasas de variabilidad molecular en el virus, 2) las relaciones epidemiológicas y patológicas desde un punto de vista molecular y 3) el desarrollo de vacunas, algunas con innovadores mecanismos como mRNA, para la neutralización del virus en tiempo récord.

Evolución Molecular.

En biología, se le conoce al proceso de cambio de las especies, causadas por cambios a nivel genético que van acumulándose y variando a través del tiempo como “evolución”. En estos dos años de pandemia, hemos visto la evolución en tiempo real del virus, como han surgido nuevas variantes y como esas variantes además de llegar a tener dominancia pueden eventualmente desaparecer por otras.

Así quedó evidenciado cuando en mayo del 2020 en Suráfrica, la variante Beta, (PANGO:B.1.351; Nextstrain: 20H) después de ser causante del 100% de los casos paso a desaparecer por completo por la variante Delta (B.1.617; 21A) en solo 90 días. Y ahora, 4 meses después, la variante ómicron (B.1.1.529; 21K), que se reporto hace solo 2 meses, ya ocupa el 93% de las pruebas analizadas en ese país.

Variantes suráfrica — Cambio de las frecuencias de variantes de SARS-CoV-2 en Suráfrica en los últimos 12 meses (Fuente: Nextstrain + GISAID)

Hace un año los datos eran aun preliminares y parecía que la tasa de mutación del SARS-CoV-2 nos daría una ventaja para poder neutralizarlo. Hemos encontrado mas de 30mil mutaciones que han acumulado 5 variantes de preocupación (con evidencias en aumento de virulencia) y otras dos de interés que le han permitido al virus mantenerse activo sin poderse neutralizar aún.

La diversidad molecular que adquieren los virus se origina específicamente de dos fuentes: Una de ellas es la replicación viral y la otra es la mutación. La primera se refiere al error en la copia cada vez que un virus se copia a si mismo, aunque son también mutaciones, estas están ligadas al proceso natural de replicación.

El otro origen son las mutaciones: cambios estocásticos que tienen los ácidos nucleicos para cambiar por causas ambientales, químicas, físicas y quizás hasta cuánticas. Estos cambios en su inmensa mayoría son más dañinos para el virus que para los humanos ya que desestabiliza la estructura viral y los hace inviables, sin embargo, algunas pocas mutaciones le pueden aumentar su virulencia.

Esas pocas mutaciones favorables para el virus (y dañinas para los humanos) son las que pueden hacer el virus como más infeccioso, transmisible (original < alfa < gamma < delta < ómicron) , contagioso, severo en síntomas, incurable, letal, resistente a vacunas o indetectable. O peor aún, varias o todas ellas al mismo tiempo.!

Variante Ómicron

La variante ómicron esta hasta ahora compuesta por dos sub-linajes, BA.1 y BA.2. Justo esta semana, fue reportada en Lancet y IFL Science que uno de los linajes (BA.2) carece de una porción significativa de la proteína pico que es usada para detectar la infección tanto por pruebas rápidas de antígenos como por pruebas de PCR (al carecer de la proteína es poque carece del ARN que codifica para esa proteína, así las pruebas resultan en un falso negativo).

Esto significa que los virus del linaje ómicron BA.2 no podrán ser detectados con las pruebas convencionales y es necesario secuenciar y desarrollar nuevas pruebas para este linaje. Afortunadamente las pruebas multiplex que evalúan varios genes virales al mismo tiempo son suficientes por ahora, pero en la genómica viral de SARS-CoV-2 esto podría cambiar nuevamente en cuestión de días.

Aún hay mucho por entender sobre este linaje ya que del tipo BA.2 solo hay hasta el momento 7 secuencias y en la medida que se vaya propagando y se pueda ir secuenciando su genoma en tiempo real se podrá ir entendiendo la relación de la porción de la proteína faltante con la virulencia del SARS-CoV-2 y la patología del Covid-19. Conjuntamente estos datos aportaran a entender si las vacunas aun son eficientes, si es necesario desarrollar nuevas o si no tienen impacto en el uso de las actuales vacunas.

Conclusión

Afortunadamente aun no se han encontrado en la población variantes de altas consecuencias que nos reinicien nuestro trabajo logrado hasta ahora para poder detectarlo, tratarlo, curarlo o prevenirlo.

En la medida que se disminuya la tasa de infección y se cumplan las medidas de bioseguridad (distanciamiento, uso correcto del tapabocas, lavado de manos) se limita significativamente la replicación viral y por ende las probabilidades de que surjan mas variaciones geneticas como las observadas en la variante ómicron asi como de cualquier otra variante que pueda surgir a partir de las ya existentes.

Variantes de virus por evolución — La variante ómicron (sub-linaje BA.2) por evolución carece de una porción de la proteina pico.

Pablo A. Ortíz P. es doctor en Biología Molecular, postdoctor en Bioinformática e Investigador en la Fundación InnovaGen.

Viendo hace pocos días un video de jirafas donde una de ellas paria a su crio, me volví a aterrar, como muchas otras personas, de lo fácil y práctico que se ve el evento de nacer en otras especies. De igual forma, lo asombroso que los recién nacidos de muchos animales (inclusive mamíferos grandes) salen casi listos al mundo, tal como lo vi en la nueva jirafa que podía caminar en unos pocos minutos.

¿Por qué entonces los nacimientos humanos son tan complicados, dolorosos y poco prácticos en comparación? Por qué la evolución no nos ha dado una mano a los humanos con nuestra forma de nacer?

Jirafitas — Una jirafa y su cria de horas de nacida. (Foto: Periódico El Siglo de Durango, México)

El Dificil Nacimiento Humano

Gracias a la medicina moderna, hay una variedad de formas para que un humano venga al mundo, desde un apretón apretado hasta un viaje fuera del techo corredizo a través de una cesárea. Las experiencias de los padres pueden variar de fluidas a tensas, y aquellos que han pasado por un parto traumático pueden tener dificultades para aceptarlo aún mucho después.

Dado que puede tener consecuencias fatales tanto para los padres como para el bebé, podríamos haber tenido una evolución a favor de una forma más segura y fácil de dar a luz. Desafortunadamente, según un estudio reciente publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), el proceso tal como se da, es por lo visto el mejor posible.

Ingenieria para Estudiar la Evolución.

Una colaboración entre ingenieros de la Universidad de Texas en Austin y la Universidad de Viena examinaron de cerca los fundamentos anatómicos del parto, el cual reveló una serie de compensaciones evolutivas que nos han mantenido con el sistema actual.

Una de las mayores complicaciones del parto humano es el canal de parto significativamente estrecho en comparación con el tamaño de la cabeza de los bebés. Al parecer, esta dificultad se ha mantenido debido a la protección que brinda a los otros órganos de los padres.

El desafío entre ofrecer una salida fácil del bebé y mantener la seguridad de los órganos vitales de la madre es aparentemente lo que impide que el canal de parto se convierta en un paseo más suave y espacioso para los involucrados. Al competir por dos propósitos opuestos para preservar la vida, los dos imperativos biológicos en competencia perseveran frente a la evolución.

«Aunque esta medida ha hecho que el parto sea más difícil, hemos evolucionado hasta un punto en el que el suelo pélvico y el canal pueden equilibrar los órganos internos de soporte al mismo tiempo que facilitan el parto y lo hacen lo más fácil posible», dijo el investigador principal Krishna Kumar en una declaración.

Repaso de Anatomía Humana

Como repaso rápido en anatomía humana, el piso pélvico es un grupo de músculos (que no debe confundirse con la placenta) que estabiliza la columna y sostiene el útero, los intestinos y la vejiga.

Para establecer su papel en el parto y comprender mejor cómo cambiaría su influencia según el tamaño o el grosor, los investigadores llevaron a cabo múltiples análisis y simulaciones de elementos finitos (técnica usada en ingeniería civil para probar los diseños y estructuras a altas presiones) utilizando modelos computarizados del piso pélvico.

Evolución: El piso Pelvico humano — **Figura 1**. Vista de la pelvis humana y los musculos que comprenden el piso pelvico. a) vista frontal. b) Vista laterlal con corte sagital. Se muestra en azul el tejido oseo, en rojo (1) el tejido muscular que funciona como apoyo y en blanco (2) el piso pélvico que soporta los organos de la madre (vejiga, útero e intestinos).

Sus resultados mostraron que, si bien un aumento en el tamaño del piso pélvico podría facilitar el parto, sin las estructuras óseas que lo sostienen, otros órganos se desploman y esto por supuesto no es nada bueno.

Para compensar este problema, una opción factible sería un aumento del grosor del suelo pélvico, pero en realidad el engrosamiento aumenta la presión necesaria para empujar al bebé hacia afuera (inclusive a niveles por fuera de las capacidades humanas). Algo que haría el parto más fácil para el bebe, pero mucho más doloroso, de mayor esfuerzo y en algunos casos imposible para la madre.

«Descubrimos que los pisos pélvicos más gruesos requerirían presiones intraabdominales mucho más altas que las que los humanos son capaces de generar para estirarse durante el parto», dijo Nicole Grunstra, de la Unidad de Biología Teórica de la Universidad de Viena, en un comunicado.

«No poder empujar al bebé a través de un suelo pélvico resistente complicaría igualmente el parto, a pesar del espacio adicional disponible en el canal de parto, por lo que el grosor del suelo pélvico parece ser otro ‘compromiso’ evolutivo, además del tamaño del canal de parto. »

Le Evolución en Evidencia

Otra razón anatomica en comparación con otros mamiferos es que los humanos (y algunos primates) por caminar en las dos extremidades inferiores nacemos hacia la parte anterior del cuerpo (ventral) mientras la mayoria de mamiferos nacen por el lado posterior (dorsal) donde ya tienen una estructura osea ajustada y las piernas para soportar los organos.

Esta configuración hace que nuestros organos concentren su peso en un área de menor tamaño generando mas presión sobre el piso pélvico y asi un desplome de los organos a una edad mas temprana para la madre.

Siendo esta investigación la primera en la que se usan Análisis de Elementos Finitos (FEA por sus siglas en ingles) para explorar cuestiones evolutivas, ha evidenciado que los miles de millones de años de evolución han hecho lo mejor posible en este aspecto.

Pablo A. Ortíz P. es doctor en Biología Molecular, postdoctor en Bioinformática e Investigador en la Fundación InnovaGen.
Texto basado en el reporte de la Universidad de Texas: Link Aqui.

Usted quizás no lo sepa, pero en su interior habita un ejercito enorme de microbios que son esenciales y eficientes en la lucha contra agentes infecciosos muy dañinos y patógenos, incluido el virus SARS-Cov-2 que causa el Covid-19.

En las ultimas dos décadas los científicos han aprendido que nuestro cuerpo humano es el hogar de mas células bacterianas que de células humanas. Es decir, tenemos mas bacterias que células propias en nuestro cuerpo. Esta comunidad de bacterias que viven en y de nosotros se les conoce como Microbioma y son como una compañía. Cada especie del microbioma tiene su ubicación y función, pero todos trabajando y manteniéndonos saludables.

En las tripas, las bacterias balancean las respuestas inmunes contra los patógenos. Estas bacterias garantizan que la respuesta inmune sea efectiva pero no tan violenta que pueda causarnos un daño colateral.Las bacterias de nuestro intestino pueden provocar una respuesta inmunitaria eficaz contra virus que no solo infectan el intestino, como el norovirus y el rotavirus, sino también los que infectan los pulmones, como el virus de la gripe.

Los microbios intestinales beneficiosos hacen esto ordenando a las células inmunitarias especializadas que produzcan potentes proteínas antivirales que finalmente eliminan las infecciones virales. Y el cuerpo de una persona que carece de estas bacterias intestinales beneficiosas no tendrá una respuesta inmune tan fuerte a los virus invasores. Como resultado, las infecciones pueden no controlarse, lo que afecta la salud.

Soy una microbióloga fascinada por las formas en que las bacterias dan forma a la salud humana. Un enfoque importante de mi investigación es descubrir cómo las bacterias beneficiosas que pueblan nuestros intestinos combaten las enfermedades y las infecciones. Mi trabajo más reciente se centra en el vínculo entre un microbio en particular y la gravedad de COVID-19 en pacientes. Mi objetivo final es descubrir cómo mejorar el microbioma intestinal con la dieta para evocar una respuesta inmune fuerte, no solo para el SARS-CoV-2, sino para todos los patógenos.

Microbioma 2

¿Cómo las bacterias residentes lo mantienen saludable?

Nuestra defensa inmunológica es parte de una respuesta biológica compleja contra patógenos dañinos, como virus o bacterias. Sin embargo, debido a que nuestros cuerpos están habitados por billones de bacterias, virus y hongos en su mayoría beneficiosos, la activación de nuestra respuesta inmune está estrictamente regulada para distinguir entre microbios dañinos y beneficiosos.

Nuestras bacterias son compañeros espectaculares que ayudan diligentemente a preparar las defensas de nuestro sistema inmunológico para combatir las infecciones. Un estudio seminal encontró que los ratones tratados con antibióticos que eliminan las bacterias en el intestino exhibían una respuesta inmune deteriorada. Estos animales tenían recuentos bajos de glóbulos blancos que combaten los virus, respuestas débiles de anticuerpos y producción deficiente de una proteína que es vital para combatir la infección viral y modular la respuesta inmunitaria.

En otro estudio, los ratones fueron alimentados con bacterias Lactobacillus, comúnmente utilizadas como probióticos en alimentos fermentados. Estos microbios redujeron la gravedad de la infección por influenza. Los ratones tratados con Lactobacillus no perdieron peso y solo tenían un daño pulmonar leve en comparación con los ratones no tratados. De manera similar, otros han descubierto que el tratamiento de ratones con Lactobacillus protege contra diferentes subtipos de virus de la influenza y virus sincitial respiratorio humano, la principal causa de bronquiolitis viral y neumonía en los niños.

2. Explorando el Microbioma para predecir la gravedad de COVID-19

La pandemia de COVID-19 me ha inspirado a cambiar mi investigación y explorar el papel del microbioma intestinal en la respuesta inmune demasiado agresiva contra la infección por SARS-CoV-2.

Mis colegas y yo hemos planteado la hipótesis de que los pacientes críticamente enfermos con SARS-CoV-2 con afecciones como obesidad, diabetes tipo 2 y enfermedades cardiovasculares exhiben un microbioma intestinal alterado que agrava el síndrome de dificultad respiratoria aguda.

Se cree que el síndrome de dificultad respiratoria aguda, una lesión pulmonar potencialmente mortal, en pacientes con SARS-CoV-2 se desarrolla a partir de una reacción exagerada fatal de la respuesta inmune llamada tormenta de citoquinas que causa una inundación incontrolada de células inmunes en los pulmones. En estos pacientes, su propia respuesta inmune inflamatoria incontrolada, en lugar del virus en sí, causa la lesión pulmonar grave y las fallas multi-orgánicas que conducen a la muerte.

Varios estudios descritos en una revisión reciente han identificado un microbioma intestinal alterado en pacientes con COVID-19. Y algunas empresas como Seres Therapeutics, 4d Pharma PLC, Evelo Biosciences, VEDANTA bioscience y Finch Therapeutics han atraído recientemente la atención de los inversores por su trabajo en terapias para enfermedades como el cáncer, la depresión y las enfermedades inflamatorias del intestino.

Para abordar esta pregunta, mis colegas y yo reclutamos pacientes hospitalizados por COVID-19 con síntomas graves y moderados. Recolectamos muestras de heces y saliva para determinar si las bacterias en el intestino y el microbioma oral podrían predecir la gravedad del COVID-19. La identificación de marcadores de microbioma que pueden predecir los resultados clínicos de la enfermedad COVID-19 es clave para ayudar a priorizar a los pacientes que necesitan tratamiento urgente.

Demostramos, en un artículo que aún no ha sido revisado por pares, que la composición del microbioma intestinal es el predictor más fuerte de la gravedad de COVID-19 en comparación con las características clínicas del paciente que se usan comúnmente para hacerlo. Específicamente, identificamos que la presencia de una bacteria en las heces, llamada Enterococcus fecalis, fue un predictor sólido de la gravedad de COVID-19. No es sorprendente que E. faecalis se haya asociado con inflamación crónica.

Enterococcus faecalis recolectado de las heces se puede cultivar fuera del cuerpo en laboratorios clínicos. Por lo tanto, una prueba de E. faecalis podría ser una forma rentable, rápida y relativamente fácil de identificar a los pacientes que probablemente necesiten más cuidados de apoyo e intervenciones terapéuticas para mejorar sus posibilidades de supervivencia.

Pero aún no está claro a partir de nuestra investigación cuál es la contribución del microbioma alterado en la respuesta inmune a la infección por SARS-CoV-2. Un estudio reciente ha demostrado que la infección por SARS-CoV-2 desencadena un desequilibrio en las células inmunitarias llamadas células T reguladoras que son fundamentales para el equilibrio inmunológico.

Las bacterias del microbioma intestinal son responsables de la activación adecuada de esas células T reguladoras. Por lo tanto, los investigadores como yo debemos tomar repetidas muestras de heces, saliva y sangre del paciente durante un período de tiempo más largo para aprender cómo el microbioma alterado observado en los pacientes con COVID-19 puede modular la gravedad de la enfermedad COVID-19, quizás alterando el desarrollo de la T- células reguladoras.

Como científica latina que investigo las interacciones entre la dieta, el microbioma y la inmunidad, debo enfatizar la importancia de mejores políticas para mejorar el acceso a alimentos saludables, que conducen a un microbioma más saludable. También es importante diseñar intervenciones dietéticas culturalmente sensibles para las comunidades negras y latinas. Si bien es posible que una dieta de buena calidad no prevenga la infección por SARS-CoV-2, puede tratar las afecciones subyacentes relacionadas con su gravedad.

Tomado de : The Communication.: A healthy microbiome builds a strong immune system that could help defeat COVID-19.
Autor: Ana Luisa Maldonado Contreras.(PhD) Microbióloga en la Escuela de Medicina de la Universidad de Massachusetts. (Worcester, MA, USA). Actual colaboradora para InnovaGen.
Tradución: Pablo A. Ortiz Pineda. (PhD). Investigador Fundación InnovaGen.

Celebrando el Día Mundial Contra el Cancer, vale la pena recordar el esfuerzo hecho por más de mil científicos que han trabajado durante más de una década en 37 países que lograron publicar los resultados del análisis exhaustivo de su genética: “análisis pan-cáncer de genomas completos”. Este fue un esfuerzo enorme, facilitado por la informática moderna y un buen ejemplo de la naturaleza colaborativa de la ciencia. Hay algunas conclusiones interesantes de los resultados, pero primero revisemos los conceptos básicos.

Cáncer

Que es el Cáncer?

En el tejido sano existen mecanismos para evitar que las células se reproduzcan y crezcan sin límite. La proliferación celular es un proceso cuidadosamente regulado, pero cuando hay un error, un resultado potencial es el cáncer. Ya se ha establecido para muchos cánceres que son causados por una combinación de mutaciones genéticas, que inhabilitan uno o más de estos mecanismos reguladores. El resultado son células que crecerán sin límite, ya sea en la sangre o formando un tumor sólido. Los cánceres pueden variar en términos de qué tan agresivos son: qué tan rápido crecen, cuánto invaden el tejido vecino y qué tan probable es que hagan metástasis (se propaguen a áreas remotas).

El tratamiento implica la extirpación de tumores y el uso de medicamentos y radiación para destruir las células que se dividen rápidamente. Las células cancerosas se están dividiendo rápidamente, pero también lo hacen algunos tejidos sanos y esto conduce a efectos secundarios importantes. A pesar de que el cáncer es un conjunto de enfermedades horriblemente complejo (no una sola enfermedad), el progreso en nuestra comprensión y tratamiento ha llevado a un aumento constante de la supervivencia.

La tasa de mortalidad por cáncer para Colombia disminuyó un 19% entre 1990 y 2016, comparado con el 29% para Estados Unidos y Alemania (países pioneros en tratamientos contra esta enfermedad).
https://www-dep.iarc.fr/WHOdb/WHOdb.htm

Es poco probable que alguna vez haya una «cura para el cáncer», pero el progreso conducirá a una mejora lenta y constante en la supervivencia, de modo que cada vez menos personas mueran realmente a causa de esta enfermedad.

El estudio promete mantener este progreso constante, mejorando drásticamente nuestra comprensión de la genética del cáncer. Por ser un estudio de ciencia básica no se ocupa directamente del tratamiento, pero se espera que el conocimiento adquirido pueda traducirse en mejoras en el diagnostico temprano, tratamiento clínico y prevención

Detalles del estudio en Genética del Cáncer

Lo que hicieron los científicos fue un análisis del genoma completo de 2.658 cánceres, con tejido sano compatible (de los mismos pacientes) en 38 tipos diferentes de cáncer. Hasta ahora, la mayoría de la genética del cáncer se ha centrado en los genes, las denominadas regiones codificantes que se traducen directamente en proteínas. Este estudio analiza el genoma completo, las regiones codificantes y no codificantes, para obtener una imagen más completa. Las regiones no codificantes contienen una gran cantidad de ADN regulador y mutaciones en estas regiones pueden tener efectos serios.

Efecto de las Mutaciones.

Un hallazgo clave es que, en promedio, los cánceres tienen 4-5 mutaciones impulsoras, (que causan cambios fisiológicos que hacen que las células sean cancerosas). Estas mutaciones pueden ocurrir en miles de combinaciones diferentes para causar la enfermedad, lo que refuerza la diversidad y complejidad de esta categoría de enfermedad. Sin embargo, en el 5% de los casos no encontraron mutaciones impulsoras. Esto significa que aún hay más que aprender sobre las causas del cáncer. Los autores también piensan que esto fue una limitación del análisis en sí: encontrar mutaciones actualmente desconocidas y relacionarlas con el cáncer.

Genetica del Cáncer — a, Top, putative driver mutations in PCAWG, represented as a circos plot. b, Genomic elements targeted by different types of mutations c, Tumour-suppressor genes with biallelic inactivation in 10 or more patients. (Fuente: **Nature).**

La investigación también pudo establecer cuándo ocurrieron las mutaciones. Utilizaron una técnica similar a la datación cuando ocurrieron mutaciones en la evolución. Las células del cuerpo tienen el mismo tipo de relación ancestral que los individuos o incluso las especies:

Un punto de transición es entre mutaciones clonales y subclonales: es decir aquellas en las que los genes se copian antes o después del ancestro común mas reciente respectivamente. De manera mas sencilla: cada evento en las que se duplican genes se pueden hacer marcas en el tiempo para rastrear el pasado de esas mutaciones. De esta forma, se puede detectar mutaciones en la población o solo en algunos cromosomas (y por ende mas específicos y recientes).

Entre más extendida esté una mutación en una población de células cancerosas, mas antigua será. Descubrieron que algunas mutaciones pueden surgir incluso décadas antes de que aparezca un cáncer. Esto puede suceder porque a menudo una o dos mutaciones no causan cáncer, pero pueden permanecer allí durante años o décadas hasta que ocurran más mutaciones en esas células que luego resulten en cáncer.

Pero los autores también encontraron que a veces un grupo de mutaciones puede ocurrir de una vez, en eventos «catastróficos» únicos:

Se han descrito tres de estos procesos: (1) cromoplexia: reparación de roturas concurrentes del ADN de doble hebra, típicamente en diferentes cromosomas y resultando cadenas de reordenamientos mezclados; (2) kataegis: proceso de hipermutación focal que conduce a sustituciones de nucleótidos agrupadas localmente, sesgadas hacia una sola hebra de ADN; y (3) cromotripsis: cientos de roturas del ADN ocurren simultáneamente, agrupadas en uno o pocos cromosomas, con uniones casi al azar de los fragmentos resultantes.

Expectativas.

Hay más detalles técnicos, pero esos son los principales hallazgos en genética del cáncer. Este estudio es en parte el cumplimiento de la promesa del proyecto del genoma humano, que se completó formalmente en 2003. La tecnología ha avanzado considerablemente desde entonces, lo cual ha permitido este tipo de estudios en el que se secuenciaron varios miles de genomas completos.

Tomara otras décadas (ojalá mucho menos) para entender holísticamente este estudio y desarrollar tratamientos de detección y curación eficientes. Así, poco a poco vamos entendiendo la naturaleza a través de la investigación científica sobre problemas tan complejos. Son estudios como estos los que alimentan el continuo progreso lento y constante en la supervivencia al cáncer, que se espera que continúe durante más décadas.

Pablo A. Ortíz P. es doctor en Biología Molecular, postdoctor en Bioinformática e Investigador y divulgador de ciencia en la Fundación InnovaGen

Coronavirus | peguntas por resolver

A principios de enero de 2020, la primera secuencia del genoma de Sars-CoV-2, el virus que causa COVID-19, se dio a conocer bajo el nombre de «Wuhan-1». Esta cadena de 30.000 letras (la A, T, C y G del código genético) marcó el día uno en la carrera para comprender la genética de este coronavirus recién descubierto. Ahora, otros 100.000 genomas de coronavirus extraídos de pacientes con COVID-19 en más de 100 países se han unido a Wuhan-1.

Los genetistas de todo el mundo están analizando los datos en busca de respuestas: ¿De dónde vino el Sars-CoV-2? ¿Cuándo empezó a infectar a los humanos? ¿Cómo está mutando el virus? ¿Importa mucho que este mutando? – La genómica de Sars-CoV-2, al igual que el virus en sí, creció y se globalizó.

Mutaciones | qué sabemos

El término “mutación” tiende a evocar imágenes de monstruos o de nuevos virus peligrosos con capacidades mejoradas que se extienden por todo el planeta. Y si bien las mutaciones emergen constantemente y, a veces, se extienden – las primeras mutaciones en Sars-CoV-2 se han abierto camino por todo el mundo a medida que el virus se propaga casi desapercibido –, estas son una fuerza evolutiva y son algo completamente natural de cualquier organismo, incluidos los virus, las plantas y los animales. La gran mayoría de las mutaciones no tiene ningún impacto en la capacidad de un virus para transmitir o causar una enfermedad, esto se conoce como mutaciones silenciosas o neutras.

Una mutación simplemente significa una diferencia; un cambio de letra en el genoma. Si bien la población de Sars-CoV-2 era esencialmente «genéticamente invariante», desde que saltó a su primer huésped humano a finales de 2019, se han identificado más de 13.000 mutaciones en los más 100,000 Sars-CoV-2 secuenciados. Sin embargo, dos virus de dos pacientes en cualquier parte del mundo difieren en promedio en solo diez letras. Esta es una pequeña fracción del total de 30.000 caracteres en el código genético del virus y significa que todo el Sars-CoV-2 en circulación puede considerarse parte de un único linaje clonal, y por tanto, podemos aprovechar esta característica genética para desarrollar medidas de prevención (ej. vacunas de ARN).

Coronavirus

Tasa de mutación | velocidad a la que cambia el coronavirus

Le va a tomar un buen tiempo al coronavirus adquirir una diversidad genética sustancial; es decir, acumular cambios suficientes a través de varias generaciones. El virus SARS-CoV-2 tiene una tasa de mutación bastante lenta para ser un virus ARN y cualquier linaje adquiere unos pocos cambios cada mes. En comparación, el número de mutaciones adquiridas por los virus de la influenza durante el mismo período es entre 5 y 6 veces mayor.

Aún así, las mutaciones son la base sobre la que puede actuar la selección natural. Lo más común es que las mutaciones hagan que un virus no sea funcional (que dañen al virus) o no tengan ningún efecto (que sean neutras). Sin embargo, existe aun una baja posibilidad de que las mutaciones afecten la transmisibilidad de Sars-CoV-2 en sus nuevos huéspedes humanos. Como resultado, se han realizado intensos esfuerzos para determinar cuál, si alguna, de las mutaciones identificadas desde que se secuenció el primer genoma de SARS-CoV-2 en Wuhan puede alterar significativamente la función viral [1].

Una mutación agresiva en este contexto sería un cambio de aminoácido en la proteína de pico (spike) SARS-CoV-2, la misma proteína que da a los coronavirus sus características proyecciones en forma de corona y les permite unirse a las células huésped. Por ejemplo, se ha demostrado que un cambio de carácter único y de herencia dominante en el genoma viral, denominado D614G (Aspartato por Glycina en la posición 614: Figura 1), aumenta la infectividad del virus en las células cultivadas en el laboratorio [2], aunque sin un impacto medible en la gravedad de la enfermedad, es decir, en su virulencia.

Mutaciones del Coronavirus D614

Figura 1. Modelo 3D de la proteína pico (spike) del SARS-Cov-2 mostrando la posición del Aspartato (D614) donde la mutación cambia el amino-ácido por Glycina haciendo al virus mas infeccioso. (Imagen: fuente propia).

Esta mutación D614G también la acompañan casi sistemáticamente otras tres mutaciones, y las cuatro se encuentran en aproximadamente el 80% de los SARS-CoV-2 secuenciados en Inglaterra, lo que lo convierte en el conjunto más frecuente de mutaciones en circulación [3].

Conclusiones

El gran reto con la mutación D614G, como con otras mutaciones, es descubrir si han aumentado en frecuencia porque estaban presentes en virus responsables de sembrar brotes tempranos exitosos, o si realmente estas confieren una ventaja a las cepas portadoras. Hasta la fecha, la correlación entre la frecuencia de la mutación y el aumento en la tasa de infección es directamente proporcional, aunque no se ha evidenciado un incremento en la patogenicidad, la cual debe ser estudiada mas a fondo en el laboratorio.

Ahora bien, los reemplazos no son las únicas pequeñas ediciones que pueden afectar a SARS-CoV-2. Se ha demostrado que las deleciones en los genes accesorios de SARS-CoV-2 Orf7b / Orf8 reducen la virulencia de Sars-CoV-2, lo que puede provocar infecciones más leves en los pacientes. Una deleción similar puede haberse comportado de la misma manera en SARS-CoV-1, el coronavirus relacionado responsable del brote de SARS en los años 2002 a 2004. La progresión hacia un Sars-CoV-2 menos virulento sería una buena noticia, aunque las deleciones en Orf8 han estado presentes desde los primeros días de la pandemia y no parecen estar aumentando en frecuencia.

Si bien aún pueden ocurrir cambios adaptativos, todos los datos disponibles en esta etapa sugieren que nos enfrentamos al mismo virus desde el comienzo de la pandemia. Las posibles disminuciones en la gravedad de los síntomas observadas durante el verano son probablemente el resultado de la infección de personas más jóvenes, las medidas de contención (como el distanciamiento social) y la mejora del tratamiento en lugar de cambios en el virus en sí. Sin embargo, aunque Sars-CoV-2 no ha cambiado significativamente hasta la fecha, continuamos expandiendo nuestro conocimiento para rastrear su evolución y así enfrentar la actual emergencia sanitaria.

Pablo A. Ortíz P. es doctor en Biología Molecular, postdoctor en Bioinformática e Investigador en la Fundación InnovaGen.

Desde que la estructura del ADN fue revelada en 1953, las ideas de alterar los bloques de vida (nucleótidos) para modificar la biología y curar enfermedades ha fascinado a científicos y escritores de ciencia ficción. En las siguiente 7 décadas que han transcurrido desde ese entonces, las tecnologías en genética han expandido nuestros horizontes científicos, pavimentando una autopista de descubrimientos y alcances en las ciencias biológicas, las ciencias medicas, la arqueología, la evolución entre otras ramas y lo mejor es que apenas estamos empezando.

Técnicas genéticas cambiando el mundo — Las modernas técnologías en genética estan cambiando el mundo

El Regreso de Especies Extintas.

Podría sonar como la temática clásica de las novelas de Michael Crichton (Next, Pray, Jurassic Park), pero en la realidad investigadores en el laboratorio de George Church en Harvard están actualmente usando herramientas en genética para traer de nuevo especies extintas como el mamut lanudo alterando células de su mas cercano pariente el elefante asiático.

Dado que estas dos especies compartían el 99.96% de su ADN, este proyecto solo requiere la manipulación de unos cientos de genes para volver a tener las características fenotípicas del mamut. Esto se puede lograr con una técnica genética que hemos descrito en anteriores publicaciones (La Evolución en Nuestras Manos y Ya Sabemos Editar Humanos, Y Ahora Que?), se llama CRISPR-Cas.

Esta técnica genética usa una molécula de ácido ribonucleico (ARN) como guía para la proteína Cas-9 hacia una región especifica en el ADN del elefante donde corta el ADN en las dos cadenas para permitir la modificación deseada.

Proyectos similares están siendo llevados a cabo en otras partes del mundo para traer de los muertos a la paloma migratoria y al tigre de Tasmania. Hasta la fecha ningún animal extinto ha sido traído de vuelta a la vida, hasta ahora, los investigadores solo trabajan con células tallo (también llamadas células madre) derivadas en tejidos que poseen las características fenotípicas de las especies extintas. }

Por ejemplo, el Dr Church y sus colegas han alterado la genética en las células de elefante asiático para crear sangre que funciona a temperaturas por debajo de cero grados centígrados (0ºC) sin congelarse, tal como lo hacia la sangre del mamut lanudo.

Una vez, hayan sido exitosos en cultivar sangre, grasa, pelo y otros tejidos que se parezcan suficiente al las del mamut, intentaran dar origen a un embrión hibrido de elefante-mamut. De lograrse, esta tecnología permitirá que posteriormente se pueda salvar a muchas especies antes de llegar a su extinción y mas aun, podría cumplir un rol importante en la lucha contra el cambio climático (el calentamiento global).

La reintroducción de herbívoros gigantes como el mamut lanudo en el ártico estimularía el crecimiento de pastos de estepa los cuales reflejan la luz solar hacia el espacio generando un enfriamiento en la región. Esto a su vez, disminuiría el deterioro del permafrost evitando la liberación de inmensas cantidades de monóxidos y dióxidos de carbón (CO y CO₂) atrapadas en el.

Curando enfermedades de causa genética.

Muchas técnicas moleculares se han desarrollado para buscar curar enfermedades de diferentes tipos. Mas aun, se han desarrollado también técnicas para diagnosticarlas con precisión y así entender la evolución y el comportamiento a nivel celular, histológico de cada individuo y de cada enfermedad. Esto lleva también a crear tratamiento mucho mas adecuados para cada paciente. Por ejemplo, investigadores de la universidad de Pennsylvania (UPenn) están llevando a cabo experimentos en CRISPR para curar el cáncer por via genética.

Alterando el ADN de las células inmunes (defensas) de los pacientes, se busca reprogramar las células que reconocer daños para hacerlas mas eficientes y potentes para detectar y destruir células cancerosas. Una vez estas células han sido modificadas, se reintroducen en el paciente estas células son capaces de eliminar tumores emergentes o existentes. Esto sin lugar a dudas revolucionaria el tratamiento futuro del cáncer.

De igual forma, científicos buscan la cura contra el VIH (Virus de Inmunodeficiencia Humana) con experimentos de CRISPR en los que se daña el gen CCR5 que usa normalmente el virus para infectar. Los resultados preliminares han mostrado que es un procedimiento seguro y se trabaja en la forma de hacer el tratamiento mas eficiente y menos costoso.

Actualmente, en china se presento un caso del nacimiento de una niña con genética modificada para el gen CCR5, que en teoría será inmune al VIH, al Cólera y a la tuberculosis. Aunque se reporto un nacimiento normal, esta por ver qué consecuencias pueda tener la modificación del gen CCR5 en su desarrollo, metabolismo o estilo de vida.

Los seres vivos son sistemas complejos y todos nuestros genes están interconectados modificando y afectando la expresión de otros. Hacer un cambio probablemente trae consecuencias en el normal funcionamiento de otros. Esto sin agregar las enormes consecuencias éticas que tiene la manipulación genética en humanos y los seres genéticamente modificados, algo que llevaría a una sociedad eugenésica con graves problemas que debatiremos en un siguiente post.

Encontrando Ancestros.

Las herramientas en genética nos ofrecen un futuro muy prometedor y emocionante pero también nos ofrecen una mirada hacia el pasado, hacia nuestros ancestros y nuestros orígenes como especie. Las pruebas de ancestría, las cuales reflejan el linaje geográfico escrito en nuestro ADN, se ha vuelto muy popular en los últimos años y son posibles gracias a técnicas como PCR, microarreglos y secuenciación de ultima generación.

Estas técnicas en genética nos permiten a los científicos detectar diferentes regiones del ADN que son conocidas por tener orígenes determinados o estar asociados a algunas razas humanas. Estas regiones se conocen como marcadores moleculares y tienen patrones de herencia muy específicos que permiten rastrear los ancestros. De esta forma, podemos saber que porcentaje de nuestro ADN es de diferentes regiones o razas, y es una herramienta útil para encontrar parentesco con otras personas en cualquier parte del mundo.

Gracias a estas tecnologías se pudo establecer que una gran porción de los humanos modernos vino de los Homo erectus, sin embargo, aun existe mas del 10% de ADN de neandentales en los humanos modernos. El caso del “hombre Mungo” un esqueleto encontrado en Australia de 42,000 años revelo que tenia en su genética características que eran exclusivas al hombre moderno confirmando así que estos fueron los primeros australianos.

Aunque este estudio fue cuestionado porque en 2001 cuando se realizo este trabajo las técnicas moleculares no eran tan precisas como ahora, con las herramientas en genética mas modernas se esta validando la información y se espera encontrar nuevos datos relevantes al respecto.

Lecturas relacionadas recomendadas: (Fuente original)
Ya Sabemos Editar Humanos, Y Ahora Que? (Articulo: El Espectador)
La Evolucion en Nuestras Manos (TEDx Talk)

Las terapias de anticuerpos son extremadamente efectivas contra las infecciones virales y bacterianas. Se han usado desde hace mas de 20 años y solo se hacen populares cuando gente famosa como el presidente de Estados Unidos se enferma. Así fue como se hizo famoso su coctel de anticuerpos que recibió cuando se infecto de Covid-19. Pero, ¿qué es exactamente un coctel de anticuerpos? ¿Qué es un anticuerpo monoclonal?

En los últimos días, el publico ha escuchado mucho sobre diferentes tratamientos usados contra el Covid-19. Entre ellos: 1) el antiviral “Remdesvir” inhibe el virus de replicarse en células humanas. El plasma convaleciente de la sangre de donantes que se han recuperado de Covid-19 puede contener anticuerpos que suprimen el virus y la inflamación. 2) Esteroides como la Dexametasona, podría modificar y reducir el peligro de los daños causados por inflamación en las células pulmonares, disminuyendo así la falla respiratoria y haciendo mas soportable los síntomas y generando mas probabilidades de recuperación en pacientes infectados. 3) En estados Unidos, la agencia que regula los alimentos y medicamentos (FDA) emitió autorizaciones de emergencia para los anticuerpos monoclonales de Eli Lilly llamado “Bamlanivimab” y la compañía Regeneron (la que le dio el coctel de anticuerpos al presidente de E.U.) esta a la espera de la misma autorización.

Las terapias de anticuerpos monoclonales son particularmente prometedoras porque pueden neutralizar el virus SARS-Cov-2, que causa Covid-19 y bloquear su habilidad para infectar células humanas. Este podría ser el salvavidas para las personas incapaces de responder eficientemente y de forma fuerte con su propio sistema inmunológico a la infección, por ejemplo, aquellas personas de riesgo como los de avanzada edad o quienes tienen otras condiciones clínicas que afecten su respuesta inmune.

Hasta que un gran porcentaje de la población desarrolle la inmunidad a una enfermedad infecciosa (ya sea a través de una vacuna o dispersión no revisada en las comunidades) la población humana esta expuesta y debe depender de otras herramientas contra la pandemia. Justo con las terapias anteriormente descritas, las terapias de anticuerpos monoclonales pueden ofrecer un grado de especificidad y eficacia para neutralizar la infección.

Estos anticuerpos monoclonales hechos por el hombre (construidos en laboratorio) ofrecen la posibilidad de ayuda al igual que las terapias de plasma, pero con una eficiencia y especificidad mayor. Esto si tenemos también en cuenta que la vacuna no va a estar disponible en un corto tiempo, que mientras se distribuye en toda la población puede pasar bastante tiempo para que la infección aumente y que además puede no ser totalmente efectiva en toda la población. Así mismo, se debe tener en cuenta que el efecto de la vacuna no es instantáneo, puede tomar también algunos días o semanas hasta generar la respuesta inmune que se desea. En el entretiempo, las terapias de anticuerpos monoclonales podrían ayudar a disminuir la cantidad viral en el cuerpo antes de generar el desarrollo de la enfermedad (inflamación y daño respiratorio).

Inmunología (y anticuerpos) para principiantes

Los seres evolutivamente complejos como los vertebrados (mamíferos, aves, repitiles, anfibios y peces), tienen 2 subsistemas de defensa ante agentes extraños y foráneos. Estos subsistemas son: 1) el sistema innato y 2) el sistema adaptativo.

El sistema Innato se refiere a un sistema de defensa no especifico que se activa inmediatamente (o en un rango corto de tiempo -minutos, horas) una vez aparece un antígeno en el cuerpo. Los antígenos son proteínas que son parte de un agente extraño, como un pedazo de virus o una proteína de la membrana de una bacteria, un polen, una espora, etc.). Un ejemplo es la presencia de fagocitos y macrófagos apenas hay una lesión en la piel. No es una respuesta especifica y simplemente esas células van a tratar de eliminar todo lo que no sea del cuerpo propio del individuo.

El sistema adaptativo, por el contrario, dura mucho mas tiempo en activarse y es altamente especifico. Es el sistema por el cual el cuerpo debe “aprender” a responder ante un agente patogeno. Funciona a través de la producción de anticuerpos que reconocen partes especificas de una proteína que es foránea. Es por esta razón que nos enfermamos cuando nos de gripa. Es el periodo de unos días en que el cuerpo desarrolla nuevos anticuerpos contra la nueva infección. La ventaja de esta “demora”, es que evita futuras infecciones porque deja preparado al cuerpo contra infecciones futuras, razón por la cual no nos da gripa 24 veces al año si no 1 o 2.

Un anticuerpo es una proteína en forma de Y (también conocidas como Inmunoglobulinas) producida naturalmente por las células B del plasma sanguíneo y cuya función es “marcar” cuerpos extraños. Tienen una región muy conservada la base de la Y y una región muy variable (las puntas de la Y”. La región variable es la que se une a la proteína foránea, es variable para que pueda cambiar y reconocer muchas cosas distintas. La parte conservada no cambia y tiene la función de que sea fácilmente reconocida por las mismas células del sistema inmune (los linfocitos B y T4).

Estos reconocen cuando un anticuerpo esta pegado a algo y entonces emiten una señal de alerta al resto del sistema inmunológico que responde con presencia de células en el lugar de la infección, y producción masiva del anticuerpo que reconoció el agente infeccioso. De esta forma, el cuerpo queda preparado para nuevas infecciones y responde de manera mas eficiente a una futura infección sin desarrollar los síntomas o caer enfermo.

Los tratamientos con anticuerpos monoclonales imitan la respuesta natural del cuerpo mientras este desarrolla sus propios anticuerpos. Son respuestas inmediatas y temporales que el cuerpo usa como si tuviera las defensas ya elaboradas. Esto ayuda a alivianar los síntomas y disminuir el efecto de la infección.

Estas terapias son altamente eficientes y se están usando para tratar enfermedades serias y graves como el cáncer. Inclusive, ya algunas quimioterapias han usado anticuerpos monoclonales para dirigir el tratamiento y hacerlo mas efectivo contra el tumor y menos dañino con los otros tejidos. Actualmente son considerada una de las medicinas mas robustas en diferentes tratamientos e inclusive siete de los 10 medicamentos mejor vendidos en el 2019 fueron anticuerpos monoclonales.

¿Como funcionan los anticuerpos nonoclonales contra el Covid-19?

Típicamente, el virus SARS-Cov-2 tiene unas proteínas en su superficie llamadas proteínas gancho (spike). Esta proteína se “engancha” perfecto al receptor ACE2 en las células humanas (presente en muchos tejidos, no solo en pulmones). Cuando se une el virus a través de su proteína “spike” al ACE2, el virus es capaz de inyectar su ARN en la célula humana e iniciar la maquinaria que empieza a replicarlo y ensamblarlo sin control. La célula infectada finalmente no aguanta mas y revienta (lisis) liberando las cientos o miles de copias que pudo ensamblar.

El anticuerpo monoclonal lo que hace es unirse a la proteína gancho del virus antes de que pueda unirse al ACE2, logrando así disminuir la velocidad y la probabilidad de que esa interacción de proteína viral y receptor ACE2 se de. De esta forma la infección se detiene o es muy lenta y el cuerpo puede reaccionar entonces sin desarrollar graves síntomas. Si eso pasa, el virus entonces se vuelve inofensivo porque al estar enganchado a los anticuerpos ya no puede infectar las células. (Ver figura 1)

Cuando los anticuerpos identifican 1 solo sitio de la proteína y son clonados y diluidos y purificados se conocen como monoclonales. Cuando, por el contrario, identifican diferentes partes de la misma proteína, se les conoce como “policlonales”. Un ejemplo pictórico de monoclonal seria como si una mano (el anticuerpo) reconociera siempre y únicamente las orejas (proteína) de un individuo (virus) y policlonales, si las mismas manos reconocieran orejas, nariz, boca (diferentes partes o proteínas) del mismo individuo (virus).

Obtener artificialmente estos anticuerpos no es fácil. Existen dos formas de obtener estos anticuerpos: La primera es a partir de sangre de otras personas que estuvieron infectadas y lograron recuperarse. Significa que el sistema inmune en sus semanas de enfermedad logro desarrollar anticuerpos naturalmente y de forma eficiente.

La segunda estrategia consiste en extraerlos de animales que han sido modificados genéticamente para tener un sistema inmunológico como el de los humanos. En este caso primero se inyecta a un individuo (no necesariamente humano) pedazos de la proteína a la cual se le desean desarrollar anticuerpos. Después de un periodo, se extrae el suero y el plasma de la sangre y se hacen varios niveles de purificación y diluciones hasta que quede 1 solo anticuerpo con 1 sola célula quien lo “adopta” y empieza a copiarlo (clonarlo).

Mantener estas células no es fácil pues requieren un cuidado extremo 24-7 (todo el día, todos los días). Seguidamente se hacen pruebas para ver cual de los anticuerpos realmente logro ser efectivo contra la proteína. En ambos casos se requiere mucho trabajo de laboratorio y experimentación para validar los resultados. Justamente, el coctel que se le dio la presidente de los E.U. fue una mezcla de anticuerpos obtenidos de estas dos formas contra la misma proteína gancho del SARS-Cov-2. El anticuerpo de la farmacéutica Eli Lilly fue obtenido de la primera forma a partir de uno de los primeros pacientes que se recobro de la infección en enero del 2020.

Figura 1. Esquema del virus (rojo) unido al receptor ACE2 (Azul) humano. Al lado derecho, el virus unido a anticuerpos (Y’s azules) sin poder unirse al receptor ACE2.

Por Pablo A. Ortiz P (PhD).
Molecular Biology & Bioinformatics
Fundación Innovagen.

El primer parrafo, traducido de The Conversation under a Creative Commons license. Read the origin al article.
Rodney E. Rohde, Professor Clinical Laboratory Science, Texas State University

Una nueva técnica en Biología Molecular nos permite editar el genoma de los seres. Gran potencial para curar al menos unas 6000 enfermedades monogénicas (a corto plazo < 5 años) y poligénicas (a largo plazo > 20 años) en los próximos años. También pone en riesgo el uso indebido de esta tecnología para manipular genéticamente individuos buscando mejoras. Mejoramientos que podrían conducir a una discriminación con fundamento, el mundo eugenésico que muchas personas han soñado (incluido los nazis) a través de la historia.
Adjuntamos una charla TEDx presentada por uno de los miembros de INNOVAGEN-Popayán, en sus experiencias de trabajo con CRISPR-Cas, la herramienta de edición génica que recibió el premio Nobel en Química 2020 para las investigadoras Jennifer Doudna y Emanuelle Carpentier por sus descubrimientos de CRISPR-Cas.
Originalmente, este sistema de CRISPR-Cas es un sistema de defensa (como un sistema inmunológico) de las bacterias ante infecciones virales pero basado en genes. Consiste en guardar e integrar al genoma de las bacterias pedacitos funcionales del ADN/ARN viral para que en futuras infecciones la bacteria pueda usar esos pedazos como guías y con la ayuda de una proteína «Cas» bloquear los genes patógenos del virus y así inactivar los genes virales y sobrevivir a la infección. Al estar integrado en el genoma de la bacteria, todos sus descendientes portaran la capacidad para responder de forma más rápida y eficiente a futuras infecciones del mismo virus. Actualmente, este sistema puede usarse para editar (corregir, cambiar y mejorar) el ADN y corregir genes defectuosos. El problema esta en que aun hace falta desarrollar la técnica para lograr especificidad en los cambios.
Se recomiendo ver la película GATTACA (https://www.imdb.com/title/tt0119177/) para entender las implicaciones éticas que tiene un mundo eugenésico (donde los individuos son mejorados deliberadamente en busca de una sociedad «mejor»).

El enlace al video, recomendado de esta semana:

https://www.ted.com/talks/pablo_ortiz_la_evolucion_en_nuestras_manos

Older Posts

1. Aspecto Evolutivo

2. Todo cambia, excepto el cambio

3. El efecto cultural en la epidemiología

4. Conclusión

Un poco de contexto

Los infectados: la mayor fuente

El riesgo de los ambientes interiores

¡Los tapabocas SI sirven!

Generalidades

Evolución Molecular.

Variante Ómicron

Conclusión

El Dificil Nacimiento Humano

Ingenieria para Estudiar la Evolución.

Repaso de Anatomía Humana

Le Evolución en Evidencia

¿Cómo las bacterias residentes lo mantienen saludable?

2. Explorando el Microbioma para predecir la gravedad de COVID-19

Expectativas.

Coronavirus | peguntas por resolver

Mutaciones | qué sabemos

Tasa de mutación | velocidad a la que cambia el coronavirus

Figura 1. Modelo 3D de la proteína pico (spike) del SARS-Cov-2 mostrando la posición del Aspartato (D614) donde la mutación cambia el amino-ácido por Glycina haciendo al virus mas infeccioso. (Imagen: fuente propia).

Conclusiones

El Regreso de Especies Extintas.

Curando enfermedades de causa genética.

Encontrando Ancestros.

Inmunología (y anticuerpos) para principiantes

¿Como funcionan los anticuerpos nonoclonales contra el Covid-19?

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