Biología sintética: ¿debemos tener miedo?

Dra. Mae-Wan Ho

La Biología sintética es la Ingeniería Genética con un mayor grado de conocimiento y precisión, y a un nivel mucho mayor y con más rapidez, con moléculas artificiales implantadas en su interior, por lo cual deberíamos sentir preocupación, dice la Dra. Mae-Wan Ho.

Los laboratorios han creado un virus de la gripe aviar que puede propagarse de una persona a otra

Investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison en los Estados Unidos han creado una cepa híbrida de la gripe aviar que potencialmente podría propagarse entre los humanos mediante la fusión de una cepa mutante del virus de la gripe aviar con el virus de la gripe porcina. La cepa híbrida se extendió rápidamente entre los hurones. El trabajo se completó en 2011 y fue presentado en la revista Nature, pero se retrasó su aparición porque los asesores sobre Bioseguridad del Gobierno de los Estados Unidos dijeron que algunos detalles que aparecían podían ser aprovechados por los terroristas. Estos asesores también expresaron preocupaciones similares sobre un segundo documento presentado a la revista Science, que implicaba a una cepa mutante del virus de la gripe aviar que también se extendió rápidamente entre los hurones, creada por investigadores del Centro Médico Erasmus de Rotterdam. Esto originó una serie de debates entre los científicos, los asesores gubernamentales y los editores de la revista sobre los riesgos de la publicación de los documentos (1).
Los científicos argumentaron que se encontraban frente a una gran incógnita sobre la gripe aviar, ya que podía evolucionar en la naturaleza a una cepa que podría transmitirse fácilmente entre los humanos. Hasta ahora, el virus se había propagado sólo desde las aves a los seres humanos. Después de reunirse dos veces y de escuchar las argumentaciones de los asesores sobre Bioseguridad de los Estados Unidos, la National Science Advisory Board for Biosecurity (NSABB) aprobó finalmente la publicación de ambos documentos.
Los estudios sobre el virus revelaron que la infección estaba controlada por sólo cuatro mutaciones en la proteína hemaglutina del virus, que determina la unión del virus a unas células huésped específicas (2). El investigador principal, Yoshihiro Kawaoka, dijo al diario The Guardian que una de las mutaciones identificadas se encuentra ya circulando en virus de Oriente Medio y Asia, por lo que existe preocupación de que estos virus podrían sufrir más mutaciones y hacerse transmisibles entre los mamíferos. Si los equipos de vigilancia saben qué mutaciones son importantes, podrían estar alerta ante la aparición de un virus con un potencial pandémico e informar a las autoridades para que tomasen las precauciones adecuadas.
Malik Peiris, experto en gripe aviar de la Universidad de Hong Kong, que aunque no participó en la investigación, dijo que era absolutamente necesaria su publicación (1).
Esta investigación pone de relieve tantos los peligros como los potenciales beneficios de la Biología Sintética, que se ha apropiado de la Ingeniería Genética.

Furor sobre el rediseño de la vida

La Biología Sintética parece haber incidido en un asunto sensible desde el principio, y no es para menos. Steven Banner, químico de la Universidad de Florida en Gainesville, Estados Unidos, quiso denominar a su conferencia de 1988 que exploraba las posibilidades de establecer sistemas químicos artificiales con las características esenciales de los seres vivos “Rediseño de la vida” (3). Pero fue tal la respuesta por parte de los posibles participantes que tuvo que cambiarla por “Rediseño de las moléculas de la vida”. Explicó al redactor de la revista Nature Philip Ball que los científicos distinguidos con el Premio Nobel estaban convencidos de que el título incitaría disturbios en contra de la recombinación del ADN en Suiza. Pero el artículo del propio Ball de 2004 no tenía un título menos provocativo: “La Ingeniería Genética es algo viejo. Los Biólogos pretenden ahora sintetizar genomas, alterando el código genético y contemplar nuevas formas de vida”. A pesar de que todo lo que decía pudiera ser cierto, el trabajo se integraba dentro del campo de la Biología Sintética.
El virólogo Eckard Wimmer y su equipo de la Universidad Estatal de Nueva York en Stony Brook habían reconstruido el virus de la polio en 2002 a partir de segmentos de ADN enviados por correo y de un mapa del genoma viral del que se puede disponer libremente en Internet. Más genomas microbianos se han reconstruido desde entonces, y con mucha más rapidez. Ya en 1989, Peter Schultz, un químico que ahora trabaja en el Scripps Research Institute La Jolla, California, diseñó bacterias que incorporaban un aminoácido no natural en la proteína, produciendo enzimas con unas diferencias muy sutiles. Shultz ha añadido más de 80 aminoácidos no naturales en las proteínas. Ese mismo año, Benner insertó en el ADN de algunas células un nuevo par de bases. En el año 2000, los biólogos Michael Elowitz y Stanislas Leibler de la Universidad de Princeton, Nueva Jersey, diseñaron un circuito genético que producía una proteína fluorescente, de modo que la población de bacterias brillaba periódicamente. Se han diseñado otros circuitos genéticos que podrían ser controlados por señales externas o productos químicos.
Un informe titulado Ingeniería Genética Extrema que apareció en 2007 comenzaba repitiendo lo dicho por Ball: “La Ingeniería Genética es cosa del pasado” “Hoy en día, los científicos no sólo trazan los mapas del genoma y manipulan genes, sino que están construyendo la vida desde cero, y lo están haciendo en ausencia de un debate social y sin ningún tipo de reglamentación”. Sin embargo, esto no es cierto. Los biólogos sintéticos han hecho mucho, pero han fracaso estrepitosamente en crear la vida desde el principio y por buenas razones.

¿Qué es la Biología Sintética?

Biología Sintética es una nueva palabra de moda para lo que antes se venía en llamar Ingenería Genética – cortar, cambiar, empalmar el ADN (o el ARN)- pero también incluye mucho más. Los biólogos sintéticos los hay de dos tipos, según Benner y Michael Sismour (5): los que utilizan moléculas no naturales para reproducir el comportamiento de la vida natural, con el objetivo de crear vida artificial, y otros que buscan piezas intercambiables de la biología natural que luego montan en los sistemas para que funcionen de una forma poco natural. El acto de síntesis, dicen, obliga a los científicos a resolver problemas con los que hasta ahora no se habían enfrentado, y alientan el resurgimiento de nuevos paradigmas (Esperemos).
En el fondo, la Biología Sintética combina la Biología Molecular con el diseño propio de la Ingeniería. En el mejor de los casos, se puede aumentar la velocidad y la precisión, la eficacia y la eficiencia, ante procesos que anteriormente se dejaban al azar, siendo por tanto impredecibles e incontrolables. En su forma más ambiciosa, que es donde encuentra mayor desconfianza pública y despierta más recelos, la Biología Sintética tiene como objetivo diseñar y crear organismos (incluidos seres humanos) con nuevas funciones mejoradas, e incluso crear la vida misma.

Los Biólogos no han creado la vida

La Biología Sintética no ha logrado crear la vida desde cero, ya que ni los Biólogos moleculares, ni los ingenieros o químicos involucrados saben lo que es la vida. Su idea de la vida es un símil a tuercas y tornillos moleculares ensamblados, algo así como piezas de un Lego. Lo cual es una idea equivocada (ver más abajo). La vida es algo más que una simple combinación de las moléculas adecuadas ( (véase [6] The Rainbow and the Worm, The Physics of Organisms  y sus secuelas [7] ‘Living Rainbow H2O’, ISIS publications), Para empezar, las moléculas en los organismos vivos están organizadas de forma dinámica por un estado cuántico muy especial del agua (8) [véase Se confirma que el agua en el nanoespacio presenta coherencia cuántica y es superconductora] y los biólogos sintéticos, como la mayoría de los biólogos, se muestran ajenos a la importancia del agua para la vida.
Se puede predecir que los biólogos sintéticos, de seguir por el camino actual, nunca serán capaces de crear la vida desde cero.
Uno de los principales enfoques de la Biología Sintética es el de los BioBricks, unos circuitos genéticos prefabricados o partes estandarizadas que pueden ser montadas en cualquier sistema que se desee. El registro en línea con acceso abierto a las partes biológicas estandarizadas cuentan con más de diez mil entradas [se han duplicado en poco tiempo (9)]. Sin embargo, la gran mayoría no ha sido caracterizada y no funcionan para lo que se diseñaron. Los participantes en una reunión sobre Biología Sintética en julio de 2010 llegaron a la conclusión de que de las 13.413 partes estandarizadas, 11.084 no funcionan. Uno de los conferenciantes dijo (10): “Muchas de las piezas son basura”. 
De lo que estoy menos segura es de que los biólogos sintéticos no causen ningún daño en el intento de crear vida artificial o recrear la vida, además de los riesgos documentados para la Ingeniería Genética, tanto en los ensayos de campo como en el laboratorio ( véanse los númerosos informes publicados en el sitio web de ISIS desde el año 1999, [11] GM Feed Toxic, New Meta-Analysis Confirms, SiS 52. Véase también: Los riesgos de la Ingeniería Genética)
James Collins, un biólogo sintético pionero de la Universidad de Boston, Massachusetts, da una visión bastante representativa de cómo estos ven el panorama de la Biología Sintética: “Los científicos están combinando la Biología y la Ingeniería para cambiar el mundo”. Este era heroico titular de su artículo “Bits y piezas cobran vida” (12): “Con una caja de Lego se pueden crear distintas estructuras diferentes… un número cada vez mayor de científicos (los biólogos sintéticos) están pensando en crear células de la misma forma”.
Collins cree que la Biología Sintética podría resolver los principales problemas globales, tales como “el hambre, las enfermedades y la escasez de energía”.
Y a su lista, Collins sugiere que los “humanos podrían llevar un radar ultrasónico, como el que llevan los murciélagos, para moverse en la oscuridad”, o que “con determinados genes podrían obtener energía de la luz solar, como hacen las plantas”.
Sin embargo, Collins admite que “la complejidad de la Biología significa que estamos muy lejos de tener un manual para saber cómo funciona una célula. Muchas áreas están todavía en elaboración y otras necesitan de muchas aclaraciones”.

Éxitos de la Biología Sintética hasta ahora

¿Qué ha hecho la Biología Sintética que siendo, según dice, la vida una serie de palancas, interruptores y osciladores, para que un organismo haga el primer movimiento (12)?
Uno de sus primeros éxitos fue una cepa de levadura diseñada con un grupo de genes para que produjese el compuesto artemisinina (13). El compuesto disponible más eficaz contra la malaria se obtiene de la Artemisa. La artemisinina se iba a obtener por medio de esta levadura ya en 2012, pero no está claro si resultará más barato que obtenerla directamente de la planta. Una importante preocupación es que la artemisinina obtenida mediante esta levadura hundiría el cultivo de esta planta que se cultiva en Asia, África y Brasil (14). La oferta mundial de artemisinina natural pasa por un período de aumento de precios y el medicamento no está al alcance de los más pobres. Está claro que el impacto socioeconómico al obtenerla de forma sintética se debe evaluar dentro de los riesgos, a parte de la modificación genética sufrida. Pero también hay que considerar la posibilidad de que los agricultores sean compensados por las pérdidas y cultiven sus propios alimentos en su lugar.
Otro éxito es el ensayo del ADN ramificado, inventado en 1997 (15), que ha acelerado en gran medida la detección de secuencias virales y bacterianas en las pruebas de diagnóstico, con una sensibilidad y especificidad muy mejorada (ver Recuadro 1).
Ambos ejemplos son extensiones de la Ingeniería Genética convencional.

 

Recuadro 1

Prueba mediante ADN ramificado Las pruebas mediante el ADN ramificado (bDNA) detecta cantidades ínfimas de una secuencia de ADN mediante la amplificación de la señal, en lugar de la amplificación de la secuencia diana de ADN, como el efecto dominó de la polimerasa convencional, que requiere de mucho tiempo y es propenso a errores y contaminación. El ensayo bDNA comienza con moléculas cortas de ADN de cadena simple – sonda de captura- sujetas a un soporte sólido y expuestas al aire. Se hibridan con el extensor, una secuencia de cadena única con dos dominios: uno complementario a la sonda de captura hibridándose con él, y el segundo complementario a la secuencia de ADN diana, que debe ser detectada. Cuando la sonda de captura y las moléculas extensora están en su lugar se añade la muestra, y las moléculas de ADN diana de la muestra se unirán a las moléculas extensoras. A continuación viene la etapa de amplificación durante la cual se añade un extensor marcador, moléculas de ADN con dos dominios, uno complementaria al ADN diana, que se hibrida con él, y el otro un ADN preamplificador, también con dos dominios: el primero se hibrida con el extensor y el segundo con las moléculas de ADN amplificador, con un segundo dominio ligado a enzimas que dan un color o una reacción fluorescente. La prueba mediante ADN ramificado es mucho más rápida que la PCR convencional, y ofrece una sensibilidad mejorada y una especificidad para la detección de secuencias virales y bacterianas en las pruebas de diagnóstico y detección.

 

Según Collins (16), muchas de las aplicaciones iniciales de la Biología Sintética buscaban convertir la biomasa mediante la luz solar en biocombustible, pero hasta ahora no se ha aplicado industrialmente. “Podría costar 4 dólares para obtener sólo 1 dólar de combustible”. (Pero véase el reciente éxito en la fabricación de etileno a partir de CO2 (17) Photosynthetic Bacterium Converts CO2 into Petrochemical and O2, SiS 56).

De lo que hay que tener miedo

Collins es optimista acerca de las aplicaciones de la Biología Sintética, sobre todo en el uso de microorganismos en los mamíferos, colonizando el sistema digestivo para uso terapéutico. Pues bien, ésta es una de las aplicaciones que más miedo me da. Aunque los sistemas microbianos se pueden modificar con bastante precisión, todos los intentos de orientar las modificaciones genéticas de las células eucariotas han fracaso hasta el momento (es la razón por la que la modificación genética de plantas y animales es algo incontrolable e impredecible) y los métodos para supervisar con precisión los efectos en los genes de las células de los mamíferos es algo en lo que se está trabajando en este momento (18). Pretender realizar Ingeniería Genética en las comunidades microbianas del aparato digestivo, de las que conocemos muy poco, es una temeridad, ya que estas comunidades microbianas están íntimamente relacionadas con la fisiología y la inmunidad del huésped humano [ver (19) Genetically Modified Probiotics Should Be Banned, publicación científica de ISIS).

Beneficios antes que seguridad

En junio de 2011, la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) de los Estados Unidos, anunció la concesión de 30 millones de dólares por un período de 3 años de duración a la Living Foundries para que investigadores académicos y corporativos lanzasen productos al mercado. “Es muy pronto para predecir la importancia comercial de un campo tan joven”, comentó Collins (16), “y si tendrá relevancia en la industria de los semiconductores”.
Para no ser menos, el Reino Unido emitió una hoja de ruta de la Biología Sintética en julio de 2012 (20), un encargo del Department for Business and Skills y publicada en su nombre por el Consejo de Estrategia Tecnológica, citando una estimación en el crecimiento en el mercado global de la Biología Sintética desde los 1,6 mil millones en 2011 hasta los 10,8 mil millones en el año 2016, señalando que serían necesarias inversiones públicas para la creación de centros multidisciplinarios, redes de Biología Sintética y un liderazgo de subgrupos para dirigir, coordinar y supervisar todo, garantizando el paso desde la investigación hacia la comercialización. Suena como una potencial pesadilla burocrática, gestionado por aquellos que no tienen ninguna o poca comprensión de la Ciencia, por no hablar de la seguridad, por lo que estoy agradecida de haber abandonado la Academia.
Aunque las palabras “responsable” y “ética” aparecen con bastante frecuencia, no hay organizaciones de la sociedad civil que hayan participado en la redacción del documento, sólo representantes de la Industria y de los Consejos de Investigación, más algunos biólogos sintéticos y científicos sociales. No ha habido ningún tipo de consulta pública. Lo de ser responsable parece más bien que se dice para adherirse a las “directrices reglamentarias existentes”, es decir, las que se aplican a la modificación genética para uso confinado y liberación intencional, que bien puede relajarse en un futuro para no obstaculizar indebidamente la comercialización. La palabra seguridad no aparece por ningún lado.

Mayores peligros que los de los organismos modificados genéticamente convencionales

Si bien una mayor precisión y fiabilidad podría mejorar la seguridad de la modificación genética, las enormes posibilidades de crecimiento en el desarrollo de nuevos organismos producidos por Ingeniería Genética también multiplican los peligros de la liberación, tanto intencional como accidental.
Ahora es posible construir genomas completos de los virus y bacterias a partir de la información de las secuencias disponibles gratuitamente en la web. A parte del virus de la polio, sintetizado desde la secuencia publicada en 2002 (véase más arriba), el virus responsable de la epidemia de la gripe de 1918-19 fue reconstruido de manera similar en 2005 (21). En 2008, el Instituto de Craig Venter sintetizó el primer genoma bacteriano de M. genitalium, y en 2010, el equipo ensambló el genoma de M. Mycoides y lo transplantaron en una célula de M. capricolum para desarrollar nuevas células de M. mycoides [22] (véase también [23] Synthetic Life? Not By a Long Shot, SiS 47)
Muchas de las construcciones genéticas y organismos empleados son nuevas en la especies, tales como las nuevas bases de ADN, y nuevos aminoácidos que son incorporados en las proteínas (véase más arriba), pero la seguridad se desconoce por completo. Al mismo tiempo, las cuestiones éticas en torno a los animales modificados genéticamente o incluso en seres humanos son más importantes por ser mayores las implicaciones (ver [24] No hila bien la cabra araña, SiS 54)
Y también hay que destacar otras dos áreas florecientes que están a punto de salir a la luz. Una de ellas es el uso creciente de los aptámeros de ADN, secuencias cortas de ARN y ADN que se unen a proteínas o pequeñas moléculas ([25] Aptamers for Biosensing, Diagnosis, Druge Delivery and Therapy, SiS 56). La segunda es la rápida modificación de genomas completos para prácticamente cualquier uso que se requiera ([26] Mass Genome Engineering, SiS 56). Se están desarrollando tan rápidamente que la seguridad es una cuestión que se está dejando atrás.
Como Ball remarcó en 2004 (3): “La caja de herramientas para rediseñar los microorganismos está en expansión -incluso para construir otros nuevos- y se han abierto extraordinarias posibilidades para la investigación biomédica y la Ingeniería ambiental. Pero también conlleva peligros potenciales que podrían eclipsar los que ya plantean la Ingeniería Genética y la Nanotecnología”.
En julio de 2011, el Proyecto de Biología Sintética del Woodrow Wilson International Center por Scholars en Washington DC, reunió a un grupo de biólogos y ecólogos para explorar los posibles riesgos de la introducción de nuevos organismos en el medio ambiente, y la forma de evaluar esos riesgos. Estos científicos están desarrollando un programa de investigación del riesgo ecológico para ayudar al desarrollo de este campo de una manera productiva, evitando graves impactos ecológicos.
Proponen cuatro campos de investigación de los riesgos:

• Las diferencias en la fisiología de los organismos naturales y sintéticos, en la producción de sustancias tóxicas u otros metabolitos nocivos.
• La liberación de estos microorganismos pueden alterar los habitats, las redes alimentarias o la biodiversidad
• La velocidad a la que el organismo sintético y su material genético evolucionan
• La transferencia horizontal de genes.

Sugirieron una inversión mínima de entre 20 a 30 millones de dólares en 10 años en la investigación de los riesgos.
Lo que el grupo de científicos no ha podido proponer es una moratoria de todas las liberaciones al medio ambiente hasta que las moléculas y organismos sintéticos hayan demostrado ser seguros.
El asunto es urgente, como se señala en el informe presentado por el Órgano Subsidiario de Asesoramiento Científico, Técnico y Tecnológico del Convenio sobre Diversidad Biológica por un Grupo de Trabajo de la Sociedad Civil Internacional sobre Biología Sintética (8). No hay en la actualidad ningún instrumento jurídico que regule las nuevas construcciones desarrolladas mediante Biología Sintética, y no existe ningún protocolo de evaluación de riesgos. Hay una creencia general de que la contención física de los organismos sintéticos en el campo no es práctica, sobre todo en los grandes sistemas de producción a escala comercial. Los desastres naturales, como inundaciones, terremotos, etc., fácilmente podría liberarlos de forma no intencional, como aquel brote de fiebre aftosa en el Reino Unido, que se produjo por las aguas residuales procedentes del Laboratorio Pirbright. El comportamiento de las nuevas construcciones y organismos es algo impredecible. Ahora se sabe que la transferencia horizontal de genes es mucha más amplia de lo que se pensaba con anterioridad. Un informe publicado en 2010 documenta la frecuencia de transferencia horizontal de genes, que es ciento de millones de veces mayor que las estimaciones previas (27). No hay ninguna duda de que el ADN trasngénico puede propagarse fácilmente por transferencia horizontal de genes, con consecuencias potencialmente impredecibles e incontrolables (ver [28] Los científicos descubren una nueva vía de transferencia horizontal de genes, SiS 50).
Nosotros tenemos miedo ante la ausencia de consulta pública y de regulación de una actividad que podría producir resultados beneficiosos y útiles, salvo la creación de vida, pero también puede desencadenar numerosas muertes, y la destrucción de las personas y del planeta mismo.

Nota: Para acceder a las referencias es preciso estar registrado en el sitio web de ISIS
http://www.i-sis.org.uk/