Las revistas científicas de mayor prestigio, como Science o Nature, votan cada diciembre los avances más relevantes del año que termina. Al inicio de 2022, Nature hizo además una revisión de las tecnologías que probablemente tendrán más impacto a lo largo de este año. Entre ellas destacan algunos avances en biotecnología que podrían abrir posibilidades increíbles en el campo de la biomedicina y que repaso a continuación.
DeepMind es el nombre de una empresa que lleva años desarrollando algoritmos de inteligencia artificial y desde 2014 colabora con el gigante Google. Su algoritmo Alpha ha aprendido a jugar a más de 40 videojuegos de Atari, simplemente viendo partidas de gamers profesionales. Pero su mayor logro fue la victoria sobre los jugadores más expertos del mundo en GO, un juego chino de estrategia mucho más complejo que el ajedrez.
Cómo se pliegan las proteínas
En los últimos años, la empresa ha aplicado sus algoritmos a la solución de uno de los problemas biológicos que traen en jaque a la comunidad científica desde hace décadas: la predicción de la estructura de las proteínas. Estas biomoléculas, formadas por una larga cadena de aminoácidos, realizan las principales funciones de todo ser vivo, pero para funcionar correctamente deben estar plegadas de un modo muy concreto. Uno podría pensar que si conocemos la secuencia de los aminoácidos que constituyen una proteína debería ser relativamente sencillo predecir cómo va a plegarse esa cadena, pero en realidad es increíblemente difícil. De hecho, cada cierto tiempo se convoca un concurso mundial para ver cual equipo de científicos consigue hacer la mejor predicción.
Pues bien, en 2021 AlphaFold ganó a todos los humanos, alcanzando unos porcentajes de éxito muy altos. Esto llevó a sus creadores a aplicar el algoritmo a todas las proteínas humanas (unas cien mil) y a las de 20 organismos utilizados como modelo de la biología humana. Incluso hicieron la predicción para las más de 400.000 secuencias incluidas en la principal base de datos de proteínas, logrando en unos meses lo que bioinformáticos de todo el mundo llevaban décadas intentando. Junto con nuevos métodos para determinar experimentalmente la estructura proteica, 2022 podría ver avances notables un campo que hasta ahora parecía estancado.
Guías de moléculas
La terapia génica es un concepto que lleva bastantes años dando que hablar, a menudo mediante promesas que después se quedan cortas. Uno de los motivos de su lento avance es la dificultad de dirigir la molécula terapéutica al órgano concreto que queremos curar, de manera que nuestro fármaco entre sólo en esas células y lo haga con gran eficacia. Una estrategia muy utilizada consiste en obtener algunas células mediante una biopsia, tratarlas mediante terapia génica en el laboratorio y después reintroducirlas en el cuerpo, pero es obvio que se trata de procedimientos laboriosos, costosos y difícilmente aplicables a gran escala. Lo ideal sería inyectar la terapia génica directamente en sangre, pero con los vehículos actuales (habitualmente basados en virus) es muy difícil que vayan al punto concreto del organismo que queremos tratar.
En 2021 se vio que una nueva tecnología, basada en nanopartículas recubiertas de lípidos, lograba esto con bastante buena eficacia. Las nanopartículas son compuestos sintéticos bien conocidos por ser el vehículo que utiliza la vacuna de Pfizer, por ejemplo. Los científicos pueden fabricarlas con distintos tipos de lípidos en su superficie; dependiendo de cuáles lípidos lleven, se unirán a receptores que están en unas células pero no en otras. Gracias a los estudios de los últimos años, disponemos de un catálogo bastante exhaustivo de estos lípidos y esto permite preparar nanopartículas que se dirijan únicamente a las células en las que nos interese introducir la terapia génica. El año pasado ya se obtuvieron buenos resultados con nanopartículas que entran específicamente en células de la sangre, y 2022 podría ser testigo de un notable aumento en el repertorio de nanopartículas dirigidas.
Edición genética
Una tecnología que sí está dando los frutos que prometía es CRISPR, ese sistema de corta y pega con el que se puede editar el genoma y que ha visto a dos de sus principales exponentes galardonadas con el Nobel de Química en 2020. Pero el sistema CRISPR tradicional se basa en cortar el genoma y dejar que la propia célula repare ese corte. Esto funciona muy bien para inactivar un gen concreto, pero no tanto para hacer una auténtica edición, es decir, reemplazar una letra por otra.
Recientes mejoras del método CRISPR posiblemente permitirán corregir anomalías del genoma que causan trastornos congénitos
Para lograr esto último, que es lo que necesitamos hacer en la inmensa mayoría de las enfermedades genéticas, se han desarrollado recientemente dos modificaciones de CRISPR. Una de ellas, llamada edición de base, funciona con gran precisión pero solo sirve para determinadas sustituciones (citosina a timina, por ejemplo). Aun así, ya está en ensayos clínicos desde noviembre de 2021 para una enfermedad genética frecuente como es la anemia falciforme. La otra versión mejorada de CRISPR se llama edición con cebado y en 2021 se demostró que funciona muy bien para reparar mutaciones que causan enfermedades de la retina en ratones. Esto da esperanzas de que 2022 podría ser el año en que se comience a aplicar a humanos y podamos ver el auténtico potencial de la edición de genomas, algo que realmente puede revolucionar la biomedicina y que sin duda tendrá amplísimas repercusiones sociales en las próximas décadas.
CRISPR tiene además otra faceta, la del diagnóstico. Desde hace unos años se viene modificando la tecnología CRISPR para diseñar tests rápidos, fiables y baratos que logren detectar la presencia de virus o bacterias en minutos sin necesidad de amplificar su material genético mediante la famosa PCR de la que tanto hemos oído hablar. La idea es que cuando CRISPR “encuentre” el ARN de un patógeno y lo corte, al mismo tiempo se desencadene una reacción química que produzca un destello de luz. En 2020 ya se habían desarrollado tests para el diagnóstico simultáneo de 21 virus diferentes, y el año pasado se publicó un sistema que detecta el ARN del coronavirus en pocos minutos usando la cámara del móvil. Otro laboratorio afirma que puede detectar hasta 169 virus a la vez. En 2022 podríamos ver la aplicación de esta tecnología al diagnóstico del cáncer, haciendo posible la detección rápida, sensible y específica de células tumorales, con mutaciones concretas, que circulan en la sangre de los pacientes.
Muchos de estos avances, lógicamente, no habrían sido posibles sin el famoso Proyecto Genoma Humano, que consiguió descifrar la secuencia completa de los tres mil millones de letras que componen nuestro genoma. Aunque el primer borrador se publicó en el año 2001, la versión más completa que tenemos de nuestro genoma data de 2013, pero aun así contiene un número bastante elevado de huecos que no se habían podido leer con las tecnologías existentes. Esto cambió en 2021, cuando finalmente se rellenaron esos huecos gracias a nuevas técnicas de secuenciación y al fin disponemos de la secuencia completa de nuestro genoma. Es previsible que 2022 sea testigo de la lectura completa de los genomas de muchas otras especies, lo que tendrá repercusiones importantes en muchos campos de la ciencia. Habrá que estar atentos.
Javier Novo
Catedrático de Genética