Scratchpad SF: La Ciencia Que Nos Traerá El 2020

La revista Natureha apostado por los nuevos descubrimientos de la ciencia que ocurrirán en 2020: desde los robots que se enviarán a Marte, las imágenes del agujero negro del centro de la Vía Láctea, los órganos sintéticos, o los avances de la edición genética CRISPR. Pero nosotros aquí vamos a comentar lo que la ciencia de la microbiología nos traerá en el próximo año:

1. La levadura sintética

En 2020 concluirá el ambicioso mega proyecto de crear la primera levadura con sus 16 cromosomas sintéticos

Hace ya diez años, en 2010 el equipo de Craig Venter publicó la creación del primer microorganismo sintético. Bueno, en realidad no era un microorganismo totalmente sintético. Se trataba de una bacteria muy sencilla, Mycoplasma mycoides, a la que se le había reemplazado su genoma natural por uno diseñado, sintetizado y ensamblado completamente en el laboratorio. La nueva bacteria denominada Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0 estaba, por tanto, controlada por el cromosoma sintético y era capaz de multiplicarse y autoreplicarse de forma autónoma. Se trataba del primer ser vivo controlado totalmente por un genoma artificial sintetizado en un laboratorio, capaz de producir todas las proteínas necesarias para la vida. El proyecto duró cerca de 15 años y costó más de 40 millones de dólares. (Para más información: The story of Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0. The forty million dollar microbe).

La creación de la primera bacteria con su genoma sintético fue un gran logro, pero el reto era dar el salto a células eucariotas, más complejas. Las bacterias son procariotas y la inmensa mayoría solo tienen una solo copia de ADN, un solo cromosoma, y son haploides (una copia de cada gen). Sin embargo, el genoma de los eucariotas está organizado en múltiples cromosomas, son diploides con dos copias de cada gen. En 2014 se publicó la construcción de el primer cromosoma sintético eucariota. En concreto, emplearon la levadura Saccharomyces cerevisiae(la misma con la que fabricamos pan, cerveza o vino), que tiene 16 cromosomas, le quitaron uno de ellos, el cromosoma nº 3, y lo sustituyeron por uno artificial sintetizado en el laboratorio.

(Fuente: Building the Ultimate Yeast Genome. E. Pennisi. Science 28 March 2014: 1426-1429).

Este cromosoma artificial no era idéntico al natural, al que ya tenía la levadura. Este nuevo cromosoma artificial que habían fabricado en el laboratorio era más pequeñito: si el cromosoma natural tenía un total de 316.667 letras, el artificial tenía 272.871, cerca de 50.000 cambios. Le habían quitado algunos trocitos que no tenían interés o que podían dar problemas (trozos sin información importante o que se podían "mover" de un sitio a otro del cromosoma), y además le añadieron otros fragmentos para que funcionara mejor y para poderlo diferenciar fácilmente del natural.

Parecía muy sencillo, pero era la primera vez que se conseguía en un organismo eucariota. Los investigadores no sabían si al cambiarle de cromosoma, la levadura iba a funcionar igual y parece que sí: la levadura con su nuevo cromosoma fabricado en el laboratorio crecía igual o muy parecido a la levadura natural. Es decir, que la levadura toleraba bien ese cromosoma artificial.

Pero esto era solo el principio. Comenzaba así un ambicioso proyecto de biología sintética de reconstruir la levadura: reemplazar cada uno de los 16 cromosomas de Saccharomyces cerevisiae con DNA sintético, con versiones sintéticas de cada uno de ellos. El proyecto se denominó SyntheticYeast 2.0, una mega colaboración entre 15 laboratorios en EE.UU., Japón, China, Reino Unido, Australia, Francia y Singapur. En este proyecto han desarrollado un sistema que permite reorganizar y editar el genoma a demanda, generando variantes de la levadura sintética. De esta manera se transforma en una plataforma muy versátil que puede fácilmente modificarse y producir una célula con las propiedades y capacidades que se deseen.

Proyecto Sc2.0. Se muestra el estado del proyecto de cada uno de los 16 cromosomas y del tRNA en septiembre de 2017.

Podemos así reinventar o rediseñar una levadura para que produzca lo que nosotros queramos: una levadura sintética que produzca más y mejor cerveza, o medicamentos, biocombustibles, nuevos antibióticos, … las posibilidades son infinitas. Podremos hacer una levadura "a la carta". Además, podemos manipular completamente su genoma y nos puede ayudar a entender cómo funciona exactamente un genoma, cómo se controla una célula, algo que todavía hoy en día no somos capaces de entender. Esperamos que en el 2020 finalice este proyecto de síntesis de los 16 cromosomas de Saccharomyces.

2. El mosquito zombi que inhibe al virus del dengue

En la ciudad indonesia de Yogyakarta finalizará el mayor ensayo para controlar la extensión del dengue (proyecto World Mosquito Program)

Los investigadores han liberado mosquitos que llevan en su interior la bacteria Wolbachia, que inhibe la replicación de los mosquitos que transmiten el dengue. Otros ensayos similares, pero en menor escala en Indonesia, Vietnam, Australia y Brasil han mostrado resultados muy prometedores.

El dengue es probablemente una de las infecciones virales transmitida por mosquitos más comunes. Antes de 1970, solo nueve países habían sufrido epidemias de dengue grave. Sin embargo, ahora la enfermedad es endémica en más de 100 países. Según la Organización Mundial de la Salud, se estima que el 40% de la población mundial está en riesgo de contraer la enfermedad, y existen unos 390 millones de infecciones cada año. El dengue es una de las diez prioridades de la OMS en materia de salud.

En la mayoría de los casos la infección causa síntomas "gripales" (malestar general, fiebre alta, dolor de cabeza y una erupción en la cara que se extiende por el cuello, tórax y extremidades), pero en algunas ocasiones puede complicarse convirtiéndose en el llamado dengue grave o hemorrágico, que puede llegar a ser mortal. En estos casos, la mortalidad puede llegar al 20%. No hay un tratamiento específico, pero si se diagnostica cuanto antes y se proporciona asistencia médica adecuada las tasas de mortalidad disminuyen por debajo del 1%.

El virus del dengue es un arbovirus: virus transmitidos por artrópodos. El vector principal es el mosquito Aedes aegypti, que también transmite la fiebre amarilla, el zika, y el chikungunya y algunas veces también Aedes albopictus, el famoso mosquito tigre. El virus se transmite a los seres humanos por la picadura de mosquitos hembra infectadas. La enfermedad se propaga por la picadura de la mosquito infectada que ha adquirido el virus al ingerir la sangre de una persona con dengue. El mosquito infectado transmite entonces la enfermedad al picar a otras personas, que a su vez caen enfermas, con lo que la cadena se perpetúa. El mosquito no lleva el virus de forma natural, solo portan el virus si lo ha obtenido de personas infectadas. Y solo los mosquitos hembra pican y transmiten la enfermedad. Como no hay vacunas ni tratamiento específico, la mejor manera de controlar al dengue es controlar al mosquito.

¿Cómo funcionan los mosquitos infectados con Wolbachia?

Wolbachia es una bacteria muy común que infecta de forma natural al 60% de los insectos, desde algunos especies de mosquitos, hasta la mosca de la fruta, polillas, mariposas o libélulas. Wolbachia no es patógeno para el ser humano y no tiene ningún efecto nocivo para el medioambiente. Se ha comprobado además que la liberación de mosquitos infectados con esta bacteria tampoco tiene ningún riesgo para el ser humano, los animales y el ambiente.

Wolbachia vive dentro de las células del insecto y pasa de una generación otra a través de los huevos infectados del insecto. El mosquito Aedes aegypti, el que transmite el dengue y otros virus, no está infectado de forma natural con Wolbachia. Lo fascinante es que los investigadores había descubierto que cuando el mosquito Aedes aegypti estaba infectado con Wolbachia, la bacteria competía con el virus e impedía que este se multiplicara en el interior del mosquito. Los mosquitos con Wolbachia no podían albergar al mismo tiempo al virus. De esta forma se impide que el virus se transmita de persona a persona. El proyecto, por tanto, lo que pretende es reproducir mosquitos con Wolbachia y liberarlos en zonas afectadas por dengue, con la intención de que la bacteria vaya extendiéndose progresivamente por toda la población de mosquitos, hasta que la inmensa mayoría de ellos sean portadores de la bacteria y no del virus.

Esta técnica no supone la eliminación de la población de mosquitos, que aunque molestos pueden tener un papel en su nicho ecológico, ni la introducción de organismos modificados genéticamente, ya que no se manipula el material genético del mosquito.

El proyecto comenzó en 2016 en Yogyakarta, una provincia en la isla de Java densamente poblada. De momento se ha conseguido una reducción de los casos de dengue en un 76% comparado con las áreas donde no se liberó el mosquito con Wolbachia. Los resultados finales de este proyecto se esperan en el 2020.

3. La ansiada vacuna contra la malaria

Encontrar una vacuna contra la malaria sigue siendo uno de los grandes retos de la ciencia. En el 2020 se tendrán ya datos de una prometedora vacuna que se está ensayando en Guinea Ecuatorial.

La malaria, o paludismo, es una enfermedad infecciosa causada por el parásito Plasmodium falciparum, que se transmite al ser humano por la picadura de mosquitos hembra infectados del género Anopheles. Se calcula que en 2017 hubo 219 millones de casos de malaria en el mundo y unas 435.000 muertes. El 92% de los casos y el 93% de los fallecimientos por la enfermedad se produjeron en la región de África. Tres son las razones por las que la malaria sigue siendo un problema de salud pública mundial: la resistencia de los mosquitos que la transmiten a los insecticidas, la resistencia del parásito Plasmodium a las drogas antimalaria y la falta de una vacuna eficaz contra la infección.

Obtener una vacuna eficaz está siendo muy difícil. En realidad podríamos decir que la malaria no es una, sino cuatro enfermedades distintas. El ciclo biológico del parásito es muy complejo y parte de él se lleva a cabo dentro del mosquito Anopheles que actúa de vector. Una de las fases de su ciclo ocurre en el interior del mosquito, donde el parásito se reproduce y se transforma en la forma infecciosa que infecta al hombre. Cuando el mosquito pica y transfiere el Plasmodiumal ser humano, una segunda fase del parásito se desarrolla cuando este viaja por el torrente sanguíneo, la tercera cuando se multiplica en el hígado de la persona infectada y una cuarta cuando infecta los glóbulos rojos y se reproduce de nuevo. Por esto, obtener una vacuna es tan difícil.

El ciclo biológico del parásito de la malaria

En la isla de Bioko en Guinea Ecuatorial se están ensayando una vacuna de la compañía Sanaria compuestas por esporozoitos vivos del parásito Plasmodium falciparum atenuados por radiación (PfSPZ) o administrados conjuntamente con cloroquina, una droga antimalaria (PfSPZ-CVac). Se trata de una iniciativa que hasta hace pocos años parecía imposible: un consorcio entre el gobierno africano, la compañía bio-farmacéutica, una ONG americana, instituciones académicas suizas y varias compañías americanas

Esta vacuna ya se había probado previamente en 2017 con un pequeño grupo de voluntarios y se demostró que era capaz de conferir una protección completa y duradera frente a la infección durante al menos diez semanas después de administrar la última dosis. Por esto es uno de los candidatos de vacuna contra la malaria más esperanzadores. Durante estos últimos años se ha realizado un ensayo de "campo" implicando a la comunidad de la pequeña isla de Bioko. Se está analizando su seguridad, optimizando la dosis, y la eficacia para proteger de la infección en una zona endémica. Los resultado finales se tendrán en el 2020.

4. Acabar con la tripanosomiasis africana

La OMS espera eliminar del planeta la tripanosomiasis africana o enfermedad del sueño en el 2020.

La enfermedad está causada por un parásito del genero Trypanosoma y es transmitida por la picadura de la mosca tse-tsé (Glossina spp.), que adquiere la infección de humanos o animales infectados por el parásito. La enfermedad afecta principalmente a las poblaciones pobres en zonas rurales remotas de África. Si no se trata, la enfermedad normalmente es fatal.

Los medicamentos que se usan en la primera etapa de la enfermedad son poco tóxicos, por lo que cuanto antes se identifica la enfermedad, mejores son las probabilidades de curación. Pero el tratamiento es muy complicado, requiere un seguimiento del paciente durante dos años e implica el análisis en laboratorio de líquidos corporales. En etapas más avanzadas de la enfermedad los medicamentos que se usan son tóxicos y complicados de administrar.

Aunque ha habido varios brotes epidémicos en el último siglo, desde mediados de los años 60 la enfermedad ha comenzado a estar controlada gracias a programas intensivos de control. Los últimos datos de la OMS confirman un descenso continuado de los casos de esta enfermedad en África: solo 977 casos nuevos en 2018, comparado con los 1.447 en 2017, 2.184 en 2016 y 9.875 en 2009 (se estima que en 1995 podría haber más de 300.000 casos). El objetivo es cero casos nuevos en 2020.

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