El COVID-19 es tema obligado de conversación en cualquier parte y no es para menos. En la medida que la pandemia recorre su camino, deja dolor y posiblemente cambios profundos en la humanidad. También aparecen nuevos conceptos, descubrimientos, cifras, estadísticas, estudios, que nos acercan al mundo microscópico de la biología, como también desinformación de todo tipo que nos alejan de la ciencia.

La curiosidad y la necesidad de tener información confiable pero digerible me llevó al libro «El código de la vida de Walter Isaacson». Un libro redactado como una novela de intrigas y suspenso, que de la mano de la biografía de Jennifer Doudna, recorre los avances de la biología, y nos muestra cómo estos fueron cruciales para iniciar la batalla contra el coronavirus SARS-CoV-2.

El camino recorrido al leerlo fue motivante y lo que pretendo es compartir lo que aprendí. Descubrí apenas arrancando que no tenía claro lo básico, por ejemplo: ¿qué es un Virus?; tomé este concepto: los virus no tienen vida por sí mismos, pero cuando invaden una célula se apropian de su maquinaria y se multiplican. Son pequeñas cápsulas. Son una pizca diminuta de material genético, ya sea ADN o ARN, contenida en una cápside de proteína.

Y así algunos otros conceptos, que además de ser cultura general, los requería tanto para defenderme en la comprensión del libro como para mantener conversaciones que hoy se dan por cuenta de la pandemia. Tomé del libro solo estos tres que considero son suficientes : ARN: molécula celular que se encarga de copiar algunas instrucciones contenidas en el ADN y traducirlas en proteínas; ADN:  molécula  repositorio de la información genética, alojada en el núcleo; Enzimas: tipo de proteína cuya función principal es la de actuar como catalizador, como acelerador de reacciones químicas   en las células de los organismos vivos.

Memoricemos la enzima Cas9 pues tiene una relevante importancia en el mecanismo CRISPR, que comprenderemos mas adelante y que es tema central de este viaje.

Los anteriores conceptos, conforman el Dogma central de la biología: hipótesis de que la información genética viaja en una única dirección, de ADN a ARN, y se transforma en proteína, algo observable a nivel molecular. Memoricemos también este dogma para dar el siguiente paso.

Nota: El dogma central afirmaba que la información genética viajaba en una única dirección, de ADN a ARN, algo ya desmontado por la evidencia de que los virus que contienen ARN como los coronavirus, pueden introducir su material genético en el ADN de una célula huésped por medio de un proceso denominado «transcripción inversa». <linea discontinua>

La estrella del viaje: CRISPR

Compliquemos un poco las cosas. Con los anteriores conceptos es suficiente para comprender un mecanismo que es la estrella de este viaje. Hace más de mil millones de años las bacterias han estado evolucionando y protegiéndose a sí mismas contra los virus que los atacan. El sistema con el que lo hacen es adaptable: cada vez que aparece un nuevo virus, aquel aprende a identificarlo y lo desactiva.

Las bacterias extraen información del ADN de los virus atacantes e incorporan en el ADN de la propia bacteria parte del código genético extraído de esos virus; con la información contenida en su genoma el mecanismo produce los componentes para que esta bacteria o su descendencia si se encuentra con ese mismo virus, sea desactivado, y así de esta manera adquieren inmunidad que iría pasando a las futuras generaciones. ¡ así es como la astuta bacteria adquiere un sistema inmune adaptativo!. Lo hace con tres componentes.

Componentes esenciales del sistema de corte génico CRISPR

• El ARN de CRISPR: conocido como ARNcr.  Pequeños fragmentos de   ARN que contienen algo del código genético de los virus que hayan atacado a una bacteria en el pasado. Este ARNcr guía a las enzimas Cas para atacar a ese virus cuando trate de invadir otra vez a ese huésped. El ARNcr actúa como un conjunto de coordenadas para guiar al complejo hacia un fragmento de ADN con una secuencia similar.

• Enzima Cas9 : actúa como tijera. corta las dos hebras de ADN en el punto destino

• El ARN de CRISPR transactivador:  conocido como ARNtracr. Toma cadenas largas de ARN y las procesa para convertirlas en ARNcr pequeños, la secuencia pequeña que porta el recuerdo de los virus , y sirve además como abrazadera, como una especie de andamiaje para mantener el resto de componentes en la ubicación adecuada cuando se aferrasen al ADN de destino.

El sistema CRISPR/Cas funciona en tres etapas. En la primera, codifica la información del virus atacante. Cuando identificamos la secuencia del ADN -el contenido de información genética- de las bacterias que adquieren inmunidad con ese truco, encontramos que los segmentos de ADN que la bacteria incorpora, son secuencias idénticas de ADN, repetidas en intervalos regulares, palindrómicas -es decir se leen igual en ambos sentidos- y con segmentos espaciadores. Los segmentos espaciadores coinciden con secuencias presentes en los virus que atacan la bacteria. A esa forma de codificación de la información se le denominó: repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas, cuyas siglas en inglés es CRISPR.

En la segunda etapa, esa información codificada en los segmentos espaciadores se transcribe y se genera un ARN, el cual se procesa con el ARNtracr y con la enzima Cas9 para producir los ARNcr. Finalmente el ARNcr se ensambla con la enzima Cas9 y forman un complejo que reconoce en el ADN del virus invasor la información que ya lleva codificada, la corta y lo desactiva.

En otras palabras las bacterias en su lucha contra los virus emplean las CRISPR para guiar a una enzima similar a una tijera que corte el material genético del virus y lo desactive. ¡Eureka!…..así es como las bacterias codifican la información del virus atacante en su genoma y lo desactivan, y así adquieren inmunidad a los virus…..la naturaleza es hermosa.

Comprender lo básico del mecanismo CRISPR nos permite pasar a otro nivel de entendimiento respecto a la edición genética, las técnicas de diagnóstico del nuevo coronavirus y la tecnología de las vacunas.

Cuando se  demostró que era posible programar Cas9, recurriendo a distintos ARN guía para cortar el ADN por donde se quisiese y se logró el uso de la CRISPR-CAS9 en células humanas, o sea la capacidad de recurrir a una molécula de ARN de fácil programación para dirigirse a unos genes determinados y cambiarlos, se desarrolló un medio para reescribir el código de la vida.

Se convirtió en un hecho transcendental para la humanidad que lo introduce a una nueva era.  Es un gran descubrimiento como la teoría de la relatividad de Einstein o la creación del transistor en los Bell Labs.  Podíamos utilizar la herramienta CRISPR-Cas9 para editar los genes humanos. Tenemos en nuestras manos un descubrimiento que no solo describe el mundo, sino que hace fácil cambiarlo.

Fue extraordinario en este viaje descubrir la relevancia transcendental que toma la biología en el futuro del homo sapiens, y en especial la edición genética y en consecuencia la revolución biológica, que abre las puertas a una nueva era.

Edición de los genes

Requiere de dos pasos. En primer lugar la capacidad de  ejecutar una rotura de doble cadena en el ADN en cualquier secuencia que se hubiera establecido como objetivo de antemano. Después hallar una guía que dirigiese la enzima al punto preciso del ADN de la célula en que se quisiera hacer le corte. El sistema CRISPR lo hace con una gran ventaja: solo hay que manipular la secuencia genética del ARN guía, cada vez que se quiere apuntar a una secuencia genética diferente, algo que cualquier buen estudiante  será capas de hacer con celeridad en un laboratorio. 

Un nuevo analfabetismo se aproxima. Pronto tendremos que lidiar con conceptos de biología para el día a día , de la misma manera como lo hacemos con conceptos que han surgido en medio de la revolución digital. Deberíamos asegurarnos que nuestros hijos comprendan las ciencias de la vida así como nosotros nos aseguramos de comprender la ciencia de los computadores.

La  edición genética humana plantea una serie de dilemas éticos, políticos, sociales, relacionados con la igualdad, la diversidad y los límites entre curar y mejorar.

Nos encontrábamos en las discusiones éticas sobre las repercusiones que tiene la edición genética cuando nos llega el coronavirus. Y nos llegó cuando ya teníamos una comprensión de los mecanismos del sistema CRISPR, lo que provocó el desarrollo de una historia cruzada entre el coronavirus y las CRISPR.

Y nos llegó el Coronavirus

Descubrí también algo elemental, confundía la enfermedad con la causa. ¿Será que solo me pasa a mí?. Por si acaso, me parece que es bueno precisarlo:

SARS-CoV-2: corona virus de tipo 2 causante del síndrome respiratorio agudo grave. Se denominó así porque era similar en sus síntomas al corona virus SARS que había salido de China en 2003. La enfermedad causada por este nuevo virus recibió el nombre de COVID-19. El material genético del virus está compuesto de ARN. Tiene alrededor de 29.900 bases. Su secuencia viral proporciona el código con el que produce apenas 29 proteínas. Una de esas proteínas se sitúa en el exterior de la envoltura del virus. Dicha proteína tiene forma de espícula (espinas ) y que dan una apariencia de una corona al observarse en el microscopio.

Y es en la batalla contra el coronavirus donde las CRISPR comienzan a tejer una nueva historia sobre nuevos métodos para combatir los virus y en especial explica porqué los tiempos menores a los convencionales para el desarrollo de algunas de las vacunas y de las pruebas de diagnóstico.

Diagnóstico para el nuevo Corona virus

Las pruebas de diagnóstico se convirtieron en temas de interés en nuestro día a día y las CRISPR surgieron también como herramienta de detección.

Los test basados en  PCR son los más nombrados y no son nuevos. El proceso PCR fue inventado en 1.983. Consiste en marcar una secuencia de ADN y usar enzimas para duplicarla por medio de un ciclo repetido de calentamiento y enfriamiento. El diagnóstico con este método consiste en extraer cualquier ARN presente en el moco. Este ARN se somete a una transcripción inversa para convertirlo en ADN, y las cadenas de ADN se amplifican por el proceso PCR.

Los test basados en CRISPR son innovadores. Emplea las CRISPR para detectar el ARN del coronavirus, imitando el modo en que las bacterias usan las CRISPR para detectar a los virus atacantes. son más baratos y más rápidos que los test PCR. 

Las vacunas anti COVID-19

Las vacunas tradicionales

 Las vacunas tradicionales actúan estimulando el sistema inmunológico de las personas. Se emplean una diversidad de métodos para tratar de estimular el sistema inmunitario humano: 

Uno bastante tradicional consiste en inocular una versión debilitada e inofensiva (atenuada, infecta pero no enferma ) del virus.El cuerpo responde produciendo anticuerpos para combatirlos y la inmunidad puede durar toda la vida. Es la manera como nos defendemos del sarampión, las paperas, la rubeola, la varicela. Hay que cultivar estas vacunas y se hace incubando los virus en huevos de gallina con embrión.

Otro método es usar un virus muerto (pierden la capacidad de producir enfermedades). También hay que cultivarlas y a través de un tratamiento químico se inactiva. El laboratorio Sinovac con sede en Pekín empleó este método para una primera vacuna.

En los documentos del ministerio de salud de Colombia la vacuna Sinovac la denominan como «VACUNA SARS-COV-2 (CELULA VERO), INACTIVADA – CORONAVAC». De inmediato comprendí que en la propia descripción se deduce que pertenece a este grupo.

Las vacunas genéticas

En lugar de inocular en las personas una versión atenuada o incompleta de un virus peligroso, estas nuevas vacunas administran un gen o un fragmento de código genético, que incite a las células humanas a producir por su cuenta componentes del virus. El objetivo es que sean estos componentes los que estimulen el sistema inmunitario del paciente. Se emplean virus inofensivos como sistema de entrega para transportar el material genético al interior de las células de los pacientes.

La vacuna creada por Jhonson & Jhonson empleó un adenovirus humano como mecanismo de entrega con el que transporta el gen que codifica una parte de la proteína de la espícula (proteína Spike).

En los documentos del ministerio de salud de Colombia la denominan «Vacuna COVID-19 Janssen» y ya sabemos que está clasificada en el grupo de vacunas genéticas, que contienen solo un componente del virus y no el propio SARS-CoV-2, por tanto no puede causar COVID-19.

Las vacunas de ADN

En lugar de insertar el gen de un componente en un virus mediante ingeniería genética, se puede inyectar directamente el código genético del componente – en forma de ADN o ARN- en las células humanas. El ADN ordena a las células que produzcan la proteína espicular del coronavirus, estimulando así el sistema inmunitario para que sea capaz de repeler el coronavirus real. Se han hecho pruebas y no  ha sido fácil desarrollar técnicas efectivas para penetrar el ADN en las membranas celulares y más en el núcleo de la célula. El ADN es más estable que el ARN por eso estas vacunas no requieren congelamiento tan extremo para su preservación.

En el periodico El espectador en su edición del 7 de septiembre 2021 anuncia: India aprobó la primera vacuna ADN en el mundo. Se trata de la ZyCoV-D, desarrollada por la farmacéutica Zydus Cadilla. Necesita tres dosis, pero se inyecta con agujas más cortas que solo llegan a la piel.     https://www.elespectador.com/salud/india-aprobo-la-primera-vacuna-de-adn-en-el-mundo-que-significa-para-la-pandemia/

Las vacunas de ARN

Presenta ciertas ventajas frente a otra de ADN. La más señalada es que el ARN no necesita meterse en el núcleo de la célula, donde el ADN tiene su sede central. El ARN desarrolla su labor en la región exterior de la célula, en el citoplasma, que es donde se fabrican las proteínas.

A principios de 2020, Moderna y BioNTech en asocio con Pfizer produjeron vacunas ARN. Las vacunas ARN trasladan su carga útil en el interior de unas diminutas cápsulas aceitosas.

Las vacunas ARN a largo plazo ( fácilmente re programables)

Las vacunas que antes mencionamos, todas dependen de la estimulación del sistema inmunitario y no son la solución perfecta. El sistema inmunitario de los humanos es muy difícil de controlar.

La solución a largo plazo para luchar contra los virus es la misma que encontraron las bacterias:

«Emplear las CRISPR para guiar a una enzima similar a una tijera y que esta corte el material genético del virus, sin tener que movilizar el sistema inmunitario del paciente»

La mayoría de los virus que pueden causar problemas en los humanos, incluidos los coronavirus, tienen su material genético en forma de ARN.

La invención de vacunas ARN fácilmente reprogramables es un triunfo supersónico del ingenio humano. Gracias a la nueva tecnología de vacunas ARN, es probable que nuestras defensas frente a la mayoría de virus futuros sean inmensamente más rápidas y más efectivas.

Finalizo el viaje por el libro «El código de la vida» con unas reflexiones que tomo prestadas del libro » De animales a dioses». En este libro, Yuval Noah Harari nos cuestiona como especie sobre la revolución que se avecina.

El final de Homo Sapiens

Durante cerca de 4.000 millones de años, todos y cada uno de los organismos sobre el planeta evolucionaron sometidos a la selección natural, ni uno solo fue diseñado por un creador inteligente.

Hoy en día, el régimen de selección natural, de 4.000 millones de  años de antigüedad, se enfrenta a un reto: el diseño inteligente, la edición genética. Los avances recientes en nuestra comprensión de cómo funcionan los organismos, hasta los niveles celular y nuclear, han abierto posibilidades inimaginables.

Puede ser que  esta sea la revolución biológica más importante desde la aparición de la vida en la tierra. Una nueva era en que la vida será regida por el diseño inteligente.

Somos más poderosos de lo que nunca fuimos, pero tenemos muy poca idea de qué hacer con todo ese poder. Peor todavía, los humanos parecen ser más irresponsables que nunca. Causamos estragos a nuestros socios animales y al ecosistema que nos rodea.

¿Hay algo más peligroso que unos dioses insatisfechos e irresponsables que no saben lo que quieren?

Nota: este escrito corresponde a un compendio de frases y fragmentos resaltados durante la lectura de dos libros: «El código de la vida de Walter Isaacson» y «De animales a dioses de Yuval Noah Harari». Busco dos propósitos. El primero es convertir esto en una práctica para releerlos. El segundo, una forma de transmitir lo aprendido.