Científicos españoles consiguen hacer un virus artificial buscado desde hace 20 años El agente patógeno permitirá diseñar vacunas de nueva generación y terapias génicas
Un equipo de biólogos españoles del Centro Nacional de Biotecnología (CNB), liderados por Luis Enjuanes, ha logrado un hito que los especialistas de todo el mundo perseguían sin éxito desde hace 20 años: fabricar una versión artificial del virus ARN más grande que existe. El patógeno elegido como base es el virus de la gastroenteritis porcina y es el doble de grande que el mayor conseguido hasta ahora. Los expertos señalan su utilidad para el diseño de vacunas de nueva generación y para terapias génicas. Basta con cambiar uno de los ocho genes de este virus para que pueda infectar a humanos....
Un equipo de biólogos españoles del Centro Nacional de Biotecnología (CNB), liderados por Luis Enjuanes, ha logrado un hito que los especialistas de todo el mundo perseguían sin éxito desde hace 20 años: fabricar una versión artificial del virus ARN más grande que existe. El patógeno elegido como base es el virus de la gastroenteritis porcina y es el doble de grande que el mayor conseguido hasta ahora. Los expertos señalan su utilidad para el diseño de vacunas de nueva generación y para terapias génicas. Basta con cambiar uno de los ocho genes de este virus para que pueda infectar a humanos.
Los virus hechos de material genético ARN, como el del sida, son recalcitrantes a la hora de hacer con ellos ingeniería genética, cortar y pegar genes con precisión, cambiarlos, quitar trozos de material genético o añadirlos, ya que todas estas tecnologías están desarrolladas para el ADN. Así que no es de extrañar que entre los biólogos no llame la atención la construcción de un virus ADN, pero que cause sensación lograrlo con el más grande de los conocidos de ARN. Por ello el trabajo de Enjuanes y sus colaboradores merece su publicación a bombo y platillo hoy en la revista Proceedings de la Academia Nacional de Ciencias (EEUU)."El profundo conocimiento del virus de la gastroenteritis porcina transmisible, con el que llevo trabajando 18 años, y varias estrategias clave de laboratorio han sido determinantes del éxito", dice Enjuanes. Su equipo ha tardado seis años en lograr el virus sintético que ahora, ya patentado, reside en un congelador del laboratorio, listo para investigar sobre él.
Se puede pensar que la naturaleza crea suficientes virus como para que los biólogos creen otros nuevos. Pero la construcción de virus artificiales tiene enormes ventajas en biomedicina. Por un lado, un virus sintético como éste permite hacer manipulaciones genéticas precisas que lo conviertan en una versión de diseño, atenuada, para vacunas. Por otro, los virus son el vehículo ideal de transporte para llevar genes a las células en las terapias génicas, y cuanto mayor sea un virus, más carga puede llevar, lo que supone un avance importante en estas modernas estrategicas médicas.
Más virulento
"Hemos hecho un virus totalmente sintético mezclando dos virus que existen en la naturaleza: al virus que infecta el tracto respiratorio de cerdos le hemos cambiado un gen y logramos que sea mucho más virulento, infectando además el tracto gastrointestinal", explica Enjuanes. Y tambien cambiando ese gen, responsable de producir en la cubierta del virus la proteína que reconoce la célula a infectar y que le abre su puerta, los científicos pueden hacer que el mismo virus artificial entre en células de personas, gatos y perros.
El virus en cuestión, con ocho genes, tiene 28.500 nucleótidos (letras químicas en que está escrito el código genético) mientras que hasta ahora sólo se había logrado hacer una versión artificial de virus ARN de unos 14.000 nucleótidos. El del sida ronda los 11.000.
Ahora los científicos pueden cambiar letra a letra todo el código genético del nuevo virus, además de descifrar en detalle los mensajes contenidos en él. Y esto abre enormes puertas para controlar procesos biológicos de interés.
Las vacunas son versiones atenuadas de patógenos, de manera que disparan las defensas del sistema inmunológico del organismo sin producir la enfermedad aguda. Tradicionalmente las versiones atenuadas se buscaban en la naturaleza. Desde hace años, con la ingeniería genética se atenúan a voluntad patógenos, como el virus de la hepatitisB. Además, y de ahí lo interesante de tener un virus artificial grande, se le pueden introducir otros genes que provocan los efectos de vacuna. Y es importante que el virus sea grande porque, en principio, un genoma no aguanta más que un 5% de su tamaño de material extraño, es decir que cuanto más grande sea el vehículo de transporte, mayor será la carga genética que los científicos pueden meter en él.
En terapia génica se introducen genes nuevos en células defectuosas por el simple recurso de cargar los genes deseados en un virus que infecta a las células elegidas colocando en ellas esos genes para que produzca lo que, al ser defectuosa, es incapaz de hacer.
Pero las sutilezas de la ingeniería genética llegan más lejos aún. "Modificando un solo gen, logramos que el virus artificial infecte las mucosas del sistema respiratorio, además de las del tracto intestinal", explica Enjuanes. Y las mucosas respiratorias, señala, son un blanco interesante para muchas enfermedades, por ejemplo la fibrosis quística.
Sanidad humana y animal
"Además, podemos hacer virus que infecten rápidamente y que en pocas horas puedan interferir con otros virus que pretendan entrar en el organismo, creando una protección distinta de la inmunológica, dado que ésta requiere al menos dos semanas antes de ser efectiva", comenta Enjuanes. Este enfoque es interesante tanto en sanidad animal (una granja con una amenaza inminente procedente de otra cercana), como humana (un viaje a un lugar que exige una vacuna que no da tiempo a administrar). "También podemos hacer virus vacunales que infecten a las células pero que no las maten, sino que se queden en ellas provocando una respuesta inmunológica muy fuerte", continúa el científico.
Hacer una versión artificial de un virus ARN que funcione, es decir, que infecte, es difícil. Se parte del virus original, se copia su material genético a ADN y sobre esta versión, denominada cADN, se hacen las manipulaciones precisas antes de volver a copiarlo a RNA. A partir de ahí, el nuevo cADN se introduce en bacterias, en las que se reproduce masivamente; de ellas se saca y se introduce en células de mamífero para producir el virus ARN completo sintético.
El virus de la gastroenteritis porcina y su versión artificial exigen nivel de seguridad biológica 2 (de los cuatro oficiales) para trabajar en cultivos celulares, y pasa a nivel 3 si se hacen ensayos en tejidos. El grupo del CNB ha hecho los experimentos en cultivos y prepara ensayos en tejidos e in vivo.
Trucos de laboratorio para conseguir el éxito
Para entender lo que es un virus ARN es esencial recordar que el más popular material genético, el ADN, que forma los genes con las instrucciones para fabricar las proteínas, reside en el núcleo de la célula y no sale nunca del mismo. Lo que hace el ADN es transcribir sus instrucciones genéticas en un emisario, una molécula de ARN (una copia del ADN) que es el que sale del núcleo y, con la información contenida en los genes, dirige la fabricación de las proteínas. Pues bien, los virus son de dos tipos: de ADN, como el de la viruela o el del papiloma, y de ARN, como el de la polio, el del sida o el de la gastroenteritis porcina transmisible.
Tanto el ADN como el ARN son ácidos nucleicos que están hechos por cuatro bases, llamadas nucleótidos, que son las letras en que están escritas las instrucciones genéticas. Pero mientras las cuatro letras del ADN son timina (T), adenina (A), citosina (C) y guanina (G), el ARN tiene una cambiada: uracilo en lugar de timina.
¿Por qué hacer una copia de un virus ARN en ADN como han hecho los investigadores del CNB? Pues porque las técnicas de ingeniería genética no son eficaces en el ARN. Solución: si quieres manipular un virus ARN, lo copias a ADN, haces todas las manipulaciones genéticas deseadas y luego copias el resultado otra vez a ARN. Pero el proceso es muy complicado y en uno u otro paso habían fallado, hasta ahora, todos los intentos con virus de este tipo realmente grandes.
Puesta en práctica
Donde muchos laboratorios han fracasado, Luis Enjuanes y su equipo han tenido éxito. Dos estrategias, dos trucos de laboratorio son, a su juicio, la clave, y en su puesta en práctica ha sido esencial el trabajo de los miembros del equipo Fernando Almazán, José Manuel González, Zoltan Pénzes y Ander Izeta.
La primera clave del éxito es la experiencia y el conocimiento profundo adquiridos a lo largo de los años de trabajo con el virus de la gastroenteritis porcina transmisible. "Gracias a esto, logramos unos minigenomas del virus [versiones de tamaño reducido], que han sido muy útiles, pues se utilizaron como los cimientos sobre los que se construyó el resto del genoma viral", explica Enjuanes.
El segundo truco vence la toxicidad de algunos trozos de la copia de ADN del virus que matan a la bacteria anfitriona en que se multiplica. Para solventar este problema, los científicos del CNB recurrieron a cromosomas artificiales de bacterias, que tienen la ventaja de fabricar sólo una o dos copias del material genético en lugar de miles, de modo que la célula, al fabricar tan poca cantidad de fragmentos tóxicos, sobrevive.