7 minutos de lectura 21 may. 2020
Primer plano de un técnico de laboratorio examinando tubos de ensayo en el laboratorio

¿Cómo el brote de COVID-19 podría proporcionar el momento decisivo de la biología sintética?

7 minutos de lectura 21 may. 2020

La atención se centrará en la biología sintética si pone fin a la pandemia e identifica las amenazas virales en espacios concurridos.

Un evento globalmente disruptivo como la pandemia COVID-19 abre la puerta a nuevos enfoques y acelera las tendencias ya en marcha. En los primeros días de la pandemia, vimos cómo se utilizaba la fabricación de aditivos (impresión en 3D) para producir localmente equipos de respiradores y de protección personal que se necesitaban con urgencia, a medida que se rompían las cadenas de suministros globales.

También necesitamos urgentemente una vacuna y tratamientos para COVID-19. A medida que la comunidad mundial de la salud se moviliza con este fin, las empresas de biología sintética (synbio) están haciendo un salto adelante con su rápido progreso hasta ahora en comparación con los enfoques tradicionales. Su conjunto de herramientas de biología como ingeniería parece estar preparado para proporcionar vacunas y tratamientos más potentes, más estables y más fáciles y rápidos de fabricar. Estas ventajas son cruciales no sólo para la crisis actual, sino también para que los gobiernos y los sistemas de salud puedan responder rápidamente a las nuevas e imprevistas amenazas futuras.

A medida que exploramos en nuestro próximo informe Megatendencias 2020, las aplicaciones de biología sintética traen consigo profundos cambios en la producción de alimentos, materiales y productos químicos, aun cuando ayudan a abordar los apremiantes desafíos globales como las enfermedades crónicas, el cambio climático y la seguridad alimentaria. Sin embargo, con el mundo enfocado en la biología como nunca antes, puede ser la respuesta a COVID-19 la que proporcione el momento decisivo de la biología sintética.

Leyendo y (re)escribiendo el código de la vida

La biología sintética es una ciencia interdisciplinaria que utiliza un enfoque de ingeniería a la biología para diseñar y construir funciones en las células. En el corazón de la biología sintética están las herramientas para leer y escribir el ADN, el código que dirige las operaciones de las células. El enfoque de synbio también estandariza las partes y sistemas biológicos para copiar, cambiar y escalar las innovaciones genéticas de manera rápida y menos costosa. Varios avances tecnológicos están acelerando el desarrollo de la biología sintética:

  • Secuenciación y síntesis de ADN más rápida y barata
  • La capacidad de aprendizaje automático para procesar datos para identificar las configuraciones ideales de ADN para productos o procesos
  • Herramientas de edición, por ejemplo, CRISPR, que pueden cortar y combinar genes rápidamente, con precisión quirúrgica.
  • Las "biofoundries" públicas y privadas, instalaciones que proporcionan la infraestructura computacional y biológica para diseñar, prototipar y probar rápidamente sistemas vivos para aplicaciones específicas

Para tener una idea de la velocidad del cambio, considere que la primera secuenciación (lectura) del genoma humano requirió 13 años y 3 billones de dólares; hoy en día, lleva una semana y 600 dólares.1 Esta velocidad y potencia crecientes impulsan el método ágil de "diseño-prueba-construcción-aprendizaje" empleado por los biólogos sintéticos.

La primera secuenciación del genoma humano requirió 13 años y 3 billones de dólares; hoy en día, requiere una semana y 600 dólares.

El Proyecto GP-Write, un derivado del Proyecto del Genoma Humano que involucra a cientos de científicos, tiene como objetivo hacer que nuestra capacidad de sintetizar (escribir) genomas humanos y otros a gran escala sea tan rápida, poderosa y barata como nuestra capacidad de secuenciarlos (leerlos). Lograr esto impulsará el progreso en la salud humana y magnificará el impacto de la biología sintética en todas las industrias.

Vacunas de biología sintética para COVID-19

Cuando la pandemia se desató, varias compañías de biología sintética dejaron de desarrollar vacunas para otros virus para centrarse en COVID-19. Sus herramientas y enfoque de bioingeniería ya han permitido a varias de ellas presentar candidatos a la vacuna COVID-19 más rápidamente y con mayor funcionalidad potencial que los enfoques clásicos, que implican la creación de una forma debilitada o neutralizada del virus.

Una compañía de biología sintética ya ha creado el primer candidato a la vacuna COVID-19 que ha alcanzado las pruebas en humanos, estableciendo un récord de velocidad para lograr este hito. Usando sólo los datos genéticos del virus, formularon una vacuna basada en el ARN mensajero (ARNm) para ser probada en pacientes en 25 días. Otra compañía de biología sintética llevó el segundo candidato a vacuna a los ensayos clínicos, éste usando un pequeño fragmento de ADN en lugar de ARNm. Las vacunas como estas codifican las células para producir las proteínas virales que desencadenan una respuesta inmunológica.

Y otro grupo está persiguiendo una vacuna donde la respuesta inmune se desencadena por las nanopartículas proteínicas autoensambladas. La vacuna resultante podría proporcionar inmunidad a múltiples cepas del virus a la vez y no requeriría refrigeración durante la distribución, un beneficio importante en los países de escasos recursos.2

Debido a que estas vacunas de biología sintética no implican el cultivo del virus en ninguna forma, su fabricación requiere mucho menos espacio, las dosis ocupan menos volumen y la ampliación de la producción puede ser más rápida. Como con cualquier vacuna, sin embargo, tendrán que ser probadas como efectivas en ensayos con humanos, algo nunca asegurado.

Terapéutica de anticuerpos COVID-19

Mientras que las vacunas son la clave para terminar definitivamente con la pandemia de COVID-19, las terapias de anticuerpos son esenciales para reducir el número de víctimas humanas en el ínterin. El principio es simple: dar a los pacientes infectados los anticuerpos que pueden combatir la infección viral para ayudarlos a recuperarse; dar los anticuerpos a las personas sanas para mejorar su resistencia temporalmente. Las formas clásicas de producir anticuerpos son extraerlos de la sangre de los pacientes convalecientes o producirlos en animales genéticamente modificados, como los ratones. Ambos métodos se enfrentan al reto del tiempo y la escala para satisfacer la necesidad masiva.

Varias compañías de biología sintética se han lanzado con potenciales soluciones de anticuerpos. Una compañía, por ejemplo, comenzó con cinco anticuerpos contra el SARS-CoV-1, el virus que causó el brote de SARS en 2003, y el que está más estrechamente relacionado con el COVID-19. La empresa secuenció y prácticamente reorganizó el ADN de los anticuerpos del SARS, creando miles de millones de variantes que luego escaneó para encontrar las que se unieran a COVID-19. Finalmente, creó múltiples nuevos anticuerpos humanos y los introdujo en ensayos de seguridad y eficacia.

Más allá de la crisis inmediata

Más allá de las vacunas y los anticuerpos, la biología sintética tendrá un papel importante en la lucha a largo plazo contra el COVID-19 y los otros posibles patógenos pandémicos.

Una mutación en COVID-19 podría hacer que una vacuna sea ineficaz y causar un nuevo brote. Para apoyar el desarrollo de una vacuna duradera, los investigadores publicaron un mapa de los epítopos del virus, las partes del virus a las que se adhieren los anticuerpos. Al señalar los epítopos que raramente mutan, estos datos ayudarán a los equipos de biología sintética a diseñar vacunas y anticuerpos que confieran una inmunidad duradera.

A medida que COVID-19 se ha extendido, también lo ha hecho la preocupación por la persistencia del virus en las superficies de los espacios públicos. En el futuro, ¿se designarán partes de las ciudades como zonas virales "de paso" y "de no paso" a medida que cambien los microbiomas?

A medida que COVID-19 se ha extendido, también lo ha hecho la preocupación por la persistencia del virus y otros patógenos en las superficies de los espacios públicos. En respuesta, el Consorcio MetaSub, sin ánimo de lucro, que toma muestras y hace un mapa del ADN de los organismos en los microbiomas de las ciudades, los metros y las playas de todo el mundo, lanzó un programa piloto para buscar COVID-19 en más de una docena de grandes ciudades de todo el mundo. Los resultados preliminares del metro de la ciudad de Nueva York no mostraron ninguna evidencia del virus. Como resultado de iniciativas como ésta, obtendremos una mayor visibilidad de los microbiomas de nuestros espacios compartidos y la comprensión de si albergan alguna amenaza potencial para la salud humana. En el futuro, ¿se designarán partes de las ciudades como zonas virales "de paso" y "de no paso" a medida que cambien los microbiomas?

Como la pandemia de COVID-19 demuestra dolorosamente, el tiempo de las vacunas y terapias efectivas se mide en vidas humanas. La ventaja clave de las vacunas y terapias exitosas de ARN y ADN es que una vez que el sistema de entrega y el mecanismo de respuesta inmune se han establecido, el código genético del centro puede ser intercambiado rápidamente para combatir nuevas amenazas. La biología sintética puede ayudarnos a salvar vidas al permitir una respuesta mucho más rápida al próximo gran brote de enfermedades.

Resumen

Las vacunas y terapias de biología sintética para COVID-19 aún deben probar ser seguras y efectivas en ensayos con humanos – y nunca hay garantías. Y debido a que son tan nuevas, muchas de estas soluciones de biología sintética aún no han salido de los ensayos clínicos para sus aplicaciones originales a otros virus, y mucho menos para COVID-19. Sin embargo, han empezado con fuerza. Si una compañía de biología sintética es la primera, o entre las primeras, en la carrera para terminar esta pandemia, será una importante validación del enfoque de ingeniería a la biología y un dramático debut para el público en general.

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