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La Microbiología como motor de
la Biotecnología
JULIO R. VILLANUEVA *
E
LA
APORTACIÓN DE
LOS MICROBIOS
* Vilamayor (Asturias), 1928.
Catedrático de Universidad. Director del Departamento de Microbiología, Genética, Medicina
Preventiva y Salud Pública.
Universidad de Salamanca.
S frecuente afirmar en estos días que para entender los microorganismos los microbiólogos dependen de la bioquímica
y de la biología molecular, pero es al mismo tiempo
gratificante ver que de forma creciente los biólogos moleculares
aprecian la extraordinaria diversidad de los microorganismos como
origen de excelentes estudios y motivo de interesantes preguntas.
La Microbiología demanda también conocimientos de fisiología,
genética, biología de poblaciones, ecología y sobre la evolución, de
tal forma que exige la continua expansión de los conocimientos de
los que la practican. Por esta razón el editor de una de las obras más
caracterizadas de la especialidad, los Annual Review of
Microbiology publicados en Palo Alto, California, afirmaba
recientemente que todos los biólogos, incluso todos los científicos,
son bienvenidos a la Microbiología, un campo en el que los
«visitantes» tienden a quedarse y permanecer. Para los que
llevamos algunas décadas dedicados a la Microbiología es
altamente ilustrativo ver el interés que ha ido despertando esta
ciencia, y apreciar los estímulos que se reciben tanto de los grandes
maestros de la Microbiología como de los continuos y
trascendentales avances que se están alcanzando en este campo.
Desde hace años soy un apasionado lector de artículos y de
obras modernas de Biología y especialmente de las relacionadas
con la Microbiología. Mi curiosidad por el mundo microbiano y
especialmente por las bacterias, ha ido creciendo sin cesar. En el
Prólogo a una de las ediciones de la obra de Roger Y. Stanier y
colaboradores, de la Universidad de California, titulada The
Mi-crobial World, se puede leer: «Hace unos cien años, Pasteur
puso de manifiesto el papel de los microorganismos en la
Naturaleza y su importancia para el bienestar de la Humanidad.
Sus sucesores, más relacionados con el segundo aspecto que con el
primero, hicieron girar la microbiología hacia un campo floreciente
de ciencia aplicada que fue evolucionando completamente aislado
del resto de la biología. Cuando apareció la primera edición de El
Mundo de los Microbios, este largo aislamiento iba llegando a su
fin. Nuestra obra tenía la finalidad de acelerar el cambio,
presentando la microbiología dentro del marco de los conceptos y de
los hechos de la biología general.» Y se podría añadir que, a partir
de entonces, la biología ha sufrido una sorprendente revolución en
la que
las bacterias y los virus (después también las levaduras y algunos
hongos filamentosos) han sido los objetos materiales a través de
los cuales se fueron descubriendo las bases moleculares de la función celular. En las décadas de los años cincuenta y sesenta, la
bacteria Escherichia coli y sus fagos se constituyeron en los principales puntos de referencia para encuadrar los fenómenos biológicos a nivel celular y molecular. El impacto de esta revolución se
hizo enseguida evidente en sectores muy diversos, tanto universitarios como industriales, produciéndose un conjunto de grandes
cambios en el ámbito intelectual de la biología en el que la moderna
microbiología pasó a ocupar un lugar claramente destacado y de
vanguardia.
Las grandes figuras de la Microbiología de finales del siglo pasado contaban con demasiadas limitaciones para poder apreciar la
función de los microorganismos en la Naturaleza. Los métodos de
obtención de cultivos puros debidos a Roberto Koch y su grupo de
colaboradores permitieron sentar las bases del aislamiento y caracterización de los seres microscópicos, principalmente de las bacterias. En poco más de una década, el estudio del papel desempeñado
por las bacterias como agentes infecciosos centró el interés
microbiológico de aquella época. Sin embargo, algunos científicos
continuaron el trabajo iniciado por Pasteur sobre la función específica de los microorganismos en las fermentaciones, trabajo que
había demostrado claramente que los microorganismos pueden
ser agentes específicos de transformaciones químicas en gran escala,
e indicaba que el mundo microbiano en su conjunto podría ser el
responsable de una extensa variedad de otros cambios, de naturaleza muy diferente. Establecer el papel fundamental que desempeñan los microorganismos en los ciclos biológicamente importantes de la Naturaleza fue tarea ardua y difícil, emprendida por
algunos destacados microbiólogos, principalmente del ámbito europeo, aunque a medida que avanzaba nuestro siglo, gran parte
del protagonismo pasó a manos de grandes figuras de la microbiología americana, buena parte de ellas en las Universidades y algunas en la industria, principalmente farmacéutica. Se fue observando
que los microorganismos presentan una amplia diversidad
biológica, y que muchos-grupos están especializados en la realización de transformaciones químicas que no pueden llevar a cabo ni
las plantas ni los animales. Esta es la razón por la que se ha dado a
los microorganismos un protagonismo y un papel vital en la renovación de la materia de nuestro planeta.
Existen ejemplos notables de especialización fisiológica microbiana, tanto entre las bacterias denominadas autótrofas como entre las heterótrofas. El desarrollo de técnicas para su aislamiento y
estudio mediante la puesta en práctica de los «cultivos de enriquecimiento», la aplicación en microescala de la selección natural, ha
sido clave para el conocimiento de sus diversas funciones fisiológicas. Estas técnicas constituyen uno de los más poderosos instrumentos de experimentación en manos del microbiólogo, algo en lo
que siempre hacemos hincapié ante nuestros alumnos de la especialidad, pues, en cierto modo, junto con las técnicas de obtención
DEMASIADAS
LIMITACIONES
«CULTIVOS DE
ENRIQUECIMIENTO»
de cultivos puros, han supuesto la clave para caracterizar a todos y
cada uno de los microorganismos aislados y lugo aprovecharlo en
la industria o bien en la moderna biotecnología.
Actualmente un gran número de obras de Microbiología o relacionadas con ella, muestran la importancia de los microorganismos tanto por sus propiedades bioquímicas como por su diversidad fisiológica y morfológica. En las décadas últimas se ha puesto a
punto una amplia variedad de técnicas basadas en la selectividad y
en los cultivos de enriquecimiento, desarrolladas bajo el influjo de
Beijerinck, Kluyver y van Niel. Sus ya amplios y siempre crecientes conocimientos sobre el desarrollo y la diversidad de los
microorganismos se han transformado en una fuerza capital para
el diseño y la aplicación de nuevos métodos, de gran utilidad para
la captura y aislamiento de microbios de la Naturaleza. De hecho el
destacado microbiólogo Mortimer P. Starr, de la Universidad de
California y principal editor de la famosa obra The Prokaryotes,
editada en 1981 por Springer-Verlag, subraya en el prólogo de la
misma que la fisiología, la bioquímica y la ecología de los microbios constituyen las facetas más atractivas para el científico.
Dado que posiblemente la historia de los microorganismos
abarca unos 4.000 millones de años, no sorprende que, ante la
gran diversidad de seres microscópicos que existen en nuestros
días, un científico de la categoría de Van Niel, con toda una vida
dedicada a la Microbiología, comentara con frecuencia ante sus
alumnos cuan apasionante es observar una muestra de microorganismos recogida de la Naturaleza y comprobar que sólo es posible
reconocer unos pocos de estos seres. Es por ello interesante subrayar con Mortimer P. Starr que el número de microbios «ahora
domesticados y guardados en cautividad» representan tan sólo
una reducidísima parte de los que realmente existen y viven en el
ambiente, en un grado de competencia y de interacción realmente
formidable. A pesar de ello, es evidente el progreso continuo de las
ciencias microbiológicas y su impacto en numerosos campos.
DEFINICIÓN
Y DESARROLLO
DÉ LA
BIOTECNOLOGÍA
Actualmente se estudian los problemas más complejos y difíci-'
les del crecimiento y de la división celular utilizando microorganismos, especialmente bacterias. Las células de muchos de estos
seres crecen individualizadas, separándose después de la división
celular y por ello resulta difícil cultivar y aislar organismos unicelulares en condiciones bien definidas. A diferencia de lo que ocurre
con las células o tejidos de organismos superiores, que requieren
una variedad de factores de crecimiento, muchas bacterias crecen
en un medio simple y bien definido y se prestan a toda clase de
estudios y manipulaciones en el laboratorio. Por todas estas
razones, en las últimas décadas, los esfuerzos de los científicos se
han concentrado en unos pocos tipos de bacterias, situándose
claramente en vanguardia Escherichia coli y organismos afines.
Precisamente por su simplicidad, facilidad de cultivo y carencia de
patogeneidad, esta bacteria se ha constituido en el ser vivo más
estudiado en la actualidad, si se exceptúa el hombre. Sin unas
razones demasiado importantes y en el fondo casuales, E. coli se ha
transformado en el organismo por excelencia de la moderna
Biología Molecular, ciencia a la que ya ha proporcionado copiosos
frutos.
Al hablar de la Biotecnología es preciso subrayar que una de
sus principales facetas, la ingeniería genética, se ha desarrollado
básicamente gracias a estudios realizados con microorganismos.
De hecho son muchas las ventajas con que cuentan los microorganismos sobre otro tipo de células y que los hacen sumamente adecuados para esta clase de investigaciones. A diferencia de lo que
sucede con las células vegetales o animales, que se multiplican
lentamente y son muy exigentes desde el punto de vista
nutricio-nal y de difícil cultivo, los microorganismos y
especialmente las bacterias, se cultivan y crecen fácilmente, incluso
a gran escala en voluminosos tanques de fermentación, sin olvidar
que presentan una gran versatilidad para la utilización de muy
variados y diversos sustratos, aspecto este de gran importancia en
biotecnología.
La mayoría de los científicos interesados en la biología molecular
del crecimiento y de la división celular concentran sus esfuerzos en
las bacterias, debido en parte a que sus células son unas 500 veces
más pequeñas que la célula media de cualquier planta o animal
superior, con un número de moléculas que, en el caso de las
células de E. coli, oscila entre 3.000 y 6.000, de las cuales
aproximadamente la mitad son macromoléculas. Además, se sabe
que esta bacteria cuenta con suficiente DNA para codificar secuencias de aminoácidos correspondientes a unas 3.000 ó 4.000
moléculas de proteínas diferentes, siendo estos conocimientos suficientes para facilitar gran variedad de manipulaciones genéticas;
los datos sobre el metabolismo bacteriano permiten ya alterar a
voluntad los mecanismos reguladores, orientándolos a la síntesis
de aquellos productos más interesantes. La posibilidad de desarrollar mulantes superproductores de diferentes sustancias ha contribuido a su mayor revalorización, sobre todo al considerar los
avances logrados en la identificación de las vías metabólicas y en el
desarrollo de la ingeniería genética, permitiendo un nuevo enfoque
biológico. Hoy es posible introducir material genético exóge-no en
una célula microbiana y diseñar prácticamente a voluntad los
pasos metabólicos que han de ser alterados para canalizar su
metabolismo hacia la producción de una determinada sustancia de
interés industrial. Se puede asegurar que el gran esfuerzo dedicado
en épocas recientes al estudio de aspectos muy diferentes de las
bacterias (y de las levaduras) constituye una de las principales
razones del progreso tan rápido de la biología molecular y, como
consecuencia, de la moderna biotecnología.
Los avances logrados en citogenética de las levaduras han hecho que este grupo de microorganismos pase a ocupar un lugar
importante en los actuales estudios de ingeniería genética, dada la
facilidad con que hoy se realiza toda clase de manipulaciones genéticas y clonaciones moleculares. Pero existe otro grupo de microorganismos, los virus, que ofrecen también un interés biológico
grande dentro de la biología molecular y la moderna biotecnología, sobre todo al actuar como vectores de clonación en numerosos
experimentos de ingeniería genética. De hecho los virus, y más
concretamente los bacteriófagos, han sido utilizados para llevar a
ATENCIÓN
A LAS
BACTERIAS
cabo la amplificación genética en los trabajos de manipulación
genética. Los métodos modernos de análisis de secuencias
nucleo-tídicas permiten ahora resolver series completas de
nucleótidos de cromosomas de distintas clases de fagos, facilitando
así la ingeniería genética.
Otro aspecto al que resulta obligado referirse en este contexto
es al de los plásmidos o elementos genéticos circulares de DNA
bicatenario superenrollado que se replican autónomamente en las
bacterias y que suelen estar presentes también en las levaduras.
Los plásmidos, actualmente bien conocidos, poseen información
genética que codifica numerosas funciones, como la resistencia a
antibióticos y a metales, la fertilidad sexual en bacterias, la formación de toxinas bacterianas, la degradación de compuestos aromáticos y la producción de algunos antibióticos. La introducción de
material genético externo en los plásmidos ha sido llevada a cabo
con gran profusión en bacterias entéricas y especialmente en E.
coli. Pensando en la biotecnología, estos sistemas ofrecen considerable interés industrial, sobre todo en relación con la síntesis de
aminoácidos de amplio uso comercial.
En este apartado subrayaremos la importancia del desarrollo
de las colecciones de microorganismos, dado el enorme interés
que poseen con fines científicos e industriales. La conservación de
microorganismos es un compromiso difícil pero necesario, y ahora,
de cara a la biotecnología, de la mayor importancia ya que
frecuentemente en las colecciones microbianas hay que manejar
especies portadoras de vectores, plásmidos o virus de gran valor,
que pueden plantear algunos problemas. El uso creciente de los
microorganismos para la producción de sustancias de interés industrial sólo puede tener éxito si se dispone de cultivos fiables y
auténticos y por ello existe una conciencia cada vez más firme de
que las colecciones proporcionan recursos y servicios que son una
decisiva aportación al desarrollo de la biotecnología. La red internacional de colecciones de microorganismos (en la que está integrada la Colección Española de Cultivos Tipo, la CECT, con sede
en el Departamento de Microbiología de la Universidad de Valencia) puede ahorrar a los biotecnólogos una enorme cantidad de
trabajo y de recursos económicos que será preciso evaluar adecuadamente ya que en estas colecciones siempre resulta posible encontrar el microorganismo que cumpla las exigencias deseadas
para desarrollar un trabajo específico.
DEFINIR LA
BIOTECNOLOGÍA
La Biotecnología ha sido definida de muchas maneras por parte
de científicos y por las organizaciones nacionales o internacionales.
Una de las definiciones más aceptadas es la de la OECD que subraya
la aplicación de la Ciencia y la ingeniería a la elaboración de
materiales por agentes biológicos, con el fin de suministrar bienes y
servicios. En realidad, la biotecnología es una actividad industrial y
económica que hace uso y explota organismos vivos
principalmente microscópicos.
El hombre ha explotado la biotecnología durante miles de años
en un amplio campo de actividades relacionadas principalmente
con las fermentaciones de bebidas alcohólicas y con la producción
de alimentos en industrias lácteas y de panadería, así como para el
tratamiento de residuos urbanos e industriales. Sin embargo, el
auténtico
responsable
del
denominado
actualmente
«biotechno-logy boom» es, sin duda, el progreso microbiológico
conectado con la genética y la bioquímica y bien representado por
las técnicas del DNA recombinante. Estas técnicas, no sólo ofrecen
la perspectiva de mejorar los procesos existentes y los productos,
sino que proporcionan la posibilidad de desarrollar productos
totalmente nuevos que con anterioridad no era posible obtener, al
mismo tiempo que facilitan la realización de nuevos procesos.
Como han subrayado destacados especialistas, la tecnología del
DNA re-combinante es una consecuencia del gran apoyo
proporcionado a la biología molecular a lo largo de varias décadas,
tanto en Europa como en los Estados Unidos. Salta a la vista que
tales apoyos han facilitado descubrimientos que están afectando
radical y decisivamente a la humanidad.
Varios son los sectores en los que se han producido avances
importantes relacionados con la biotecnología y, aunque destaca
por las consecuencias de su uso y aplicaciones la ingeniería genética
con la tecnología del DNA recombinante, es preciso mencionar
también campos como el de la biocatálisis, tanto por el uso de
enzimas como por la utilización de microorganismos intactos o de
sus fracciones, o incluso de células de seres superiores inmovilizadas. Otros campos de gran interés se relacionan con la inmunología, especialmente por el uso de anticuerpos monoclonales, y no
hay que olvidar la tecnología de las fermentacioines, en cierto
modo ya clásica, aunque mejorada en años recientes. Un sector
más nuevo es el de la bioelectroquímica que, posiblemente, reserva
aspectos interesantes aún por descubrir.
La biotecnología ha demostrado que las aplicaciones científicas
van íntimamente unidas al trabajo de investigación básica, y también es preciso tener en cuenta la naturaleza extraordinariamente
multidisciplinar e interdisciplinaria de la biotecnología, tan claramente expresado en la figura 1 adjunta, que aparece en muchas
obras de la especialidad.
Y si la interdisciplinaridad es una característica peculiar de la
biotecnología, no lo es menos el carácter internacional de esta
ciencia ya que su progreso se basa en muchas áreas prometedoras,
desarrolladas tanto por científicos como por técnicos e ingenieros.
Estos aspectos de colaboración interdisciplinar de carácter internacional son precisamente los que se dan en un cierto número de
industrias multinacionales establecidas en años recientes y que se
expanden sin cesar por todo el mundo con un impacto social realmente impresionante.
Es bien sabido que la moderna ciencia de la biotecnología tiene
viejas raíces y un enorme potencial de futuro, aspecto sobre el que
han escrito y escriben mucho científicos destacados y de vanguardia. Basta revisar las referencias bibliográficas de algunas de las
obras más conocidas de la especialidad para confirmar lo mencionado. En años recientes ha habido un formidable incremento del
interés y de las actividades en el área, algo que se ha reflejado
ampliamente tanto en el desarrollo de compañías biotecnológicas
como en la constitución de comisiones gubernamentales encarga-
AVANCES
RELACIONADOS
CON LA
BIOTECNOLOGÍA
das de examinar el potencial del sector, y no es de menor importancia la introducción de cursos universitarios en biotecnología así
como el hecho de que los gobiernos de las naciones más avanzadas, e incluso de otras en acentuado proceso de desarrollo, hayan
comprometido presupuestos elevados con el fin de dirigir y catalizar el desarrollo de la biotecnología.
Existe ya toda una filosofía sobre las ciencias biotecnológicas y
en ella están implicados muchos intereses científicos y comerciales,
con sectores de desarrollo considerados unos como ya clásicos y
otros muy revolucionarios y actuales. Es preciso, sin embargo,
recordar que la industria cervecera de fermentación se considera
aún, en términos monetarios y comerciales, como la industria
bio-tecnológica más importante, con una producción anual que se
acerca al billón de litros y con un valor próximo a los 22 billones
de pesetas. Todos estos procesos dependen de los mecanismos utilizados por algunos microorganismos para crecer y reproducirse
en condiciones anaeróbicas, procesos que llevan el sello de Louis
Pasteur quien, hace un siglo, estableció las bases de futuros desarrollos en el área de la microbiología aplicada o industrial y, por lo
tanto, de la biotecnología.
LA INDUSTRIA
DÉLOS
ANTIBIÓTICOS
El mayor hito de la relativamente moderna industria
biotecno-lógica para la generación de productos de alto valor
añadido es, sin lugar a dudas, el desarrollo de la industria de
antibióticos, originada fundamentalmente a partir del
descubrimiento de las propiedades quimioterapéuticas de la
penicilina por Alexander Fleming con la colaboración de Florey y
Chain, en 1940. Publicaciones recientementes destacan que el
volumen de ventas alcanzado por la industria de los antibióticos
rebasa ya ampliamente los 4,5 billones de pesetas.
El tercer sector en importancia corresponde al tratamiento de
basuras y de productos de desecho que tanto volumen han adquirido en todas las ciudades del mundo moderno. El tratamiento de
estos materiales tan cuantiosos sometidos a digestión anaeróbica
por una flota un tanto heterogénea, en un proceso que
eventual-mente genera biogás, ha llegado a constituir, en los
últimos tiempos y en algunas partes del mundo, un factor de gran
trascedencia, casi decisivo, en el amplio sector del consumo de
energía. Vale la pena subrayar que, sólo en China, hay más de 18
millones de generadores de biogás en áreas rurales, que están
incidiendo de forma considerable sobre la población,
contribuyendo en cierto modo a salir del subdesarrollo.
En las últimas décadas, ha habido mejoras decisivas en los
procesos de fabricación de productos tales como los aminoácidos,
en la obtención de las denominadas SCP («single cell proteins»),
en la transformación de esteroides así como en el cultivo de células
vegetales y animales. En especial la producción de aminoácidos por
procesos microbiológicos aeróbicos se ha expandido considerablemente, siendo el glutamato monosódico y la lisina los de mayor volumen e importancia como suplementos alimenticios. Las
cifras calculadas para 1988, en el caso de estos dos aminoácidos,
alcanzan volúmenes de 150.000 y IS.OOOTm, respectivamente,
por año. La cifra total de ventas de aminoácidos en el mundo
supera los 220.000 millones de pesetas, siendo el Japón el país con
mayor demanda.
La utilización de microorganismos que crecen sobre residuos
vegetales que difícilmente encuentran otros usos han permitido la
obtención de alimentos ricos en proteínas en forma de los mismos
microorganismos, sobre todo levaduras (principalmente especies
de Saccharomyces y de Candida) e incluso algunas bacterias, crecidas sobre metanol, como es el caso de Methylophüus
methylo-trophus que han encontrado considerable aplicación en el
enriquecimiento de piensos para el ganado doméstico. En épocas
de penuria, sobre todo de falta de proteínas, los alimentos
producidos con levaduras han encontrado amplia utilización y de
ello hay ejemplos relacionados con la Segunda Guerra Mundial e
incluso con la Primera Gran Guerra, sobre todo en Alemania.
Sólo en Inglaterra la producción de alimentos para aves y ganado a
partir de bacterias, por la conocida industria química y
biotecnológica, ha alcanzado las 70.000 Tm y precisamente en este
campo se halla uno de los principales ejemplos de la aplicación de
la ingeniería genética mediante el uso de la técnica del DNA
recombinante, que ha conducido a la producción de cosechas
considerablemente mejoradas, con una gran repercusión económica
y social. Datos equivalentes a los mencionados han sido publicados
en la Unión Soviética en donde se están produciendo más de 1
millón de Tm de SCP, mayormente como consecuencia del
crecimiento de microorganismos sobre residuos de hidrocarburos y
de origen vegetal y que existen también ejemplos de obtención de
«proteínas unicelulares» (SCP) de elevada calidad, principalmente
en el Reino Unido, que incluso son utilizadas en la alimentación
humana.
La producción de una gran variedad de enzimas como resultado
de la moderna industria biotecnológica, ha alcanzado también gran
repercusión. Se puede decir que aunque el empleo de enzimas en
áreas fundamentalmente biomédicas, por ejemplo en el campo del
diagnóstico, se ha mostrado interesante y de desarrollo
relativamente rápido, en la mayoría de los casos no ha sucedido
así ya que los enzimas se han utilizado fundamentalmente para la
elaboración de ciertos alimentos. La figura 2 refleja algunas aplicaciones industriales de los enzimas mostrando las grandes diferencias existentes en diversos grupos, entre los que claramente destacan las proteínas alcalinas y las amilasas, algo por otra parte ya
bien conocido.
Las dificultades para lograr la estabilidad de los enzimas y la
recuperación de los productos, que han supuesto algunos de los
principales obstáculos para su desarrollo, han sido en parte superadas mediante la utilización de los microorganismos enteros, explotando enzimas específicas como en la transformación de esteroides
por hongos (especies de Rhizopus). En el caso de la cortisona, que
se obtenía mediante un proceso químico laborioso, con más de 37
pasos, un rendimiento de apenas el 0,02 por 100 y un coste de 200
dólares por gramo, la introducción de la biotransformación microbiana ha cambiado los resultados ya que se logra una eficacia
mucho mayor y a un coste de 68 centavos por gramo. Este ejem-
CORTISONA
E INSULINA
pío, que casi supone un milagro, es semejante a lo que está aconteciendo en campos muy próximos en relación a la insulina, la hormona del crecimeinto, el interferón y muchos otros productos de
difícil obtención y por ello poco o nada estudiados. Se calcula que
el número de hormonas humanas y animales descrita se sitúa en
torno a las 60, habiendo sido estudiadas en profundiad y aplicadas
en clínica menos de una docena. A la vista de esta situación, cualquiera puede evaluar la importancia de la introducción del DNA
recombinante y las técnicas conocidas de ingeniería genética, cuyos resultados se pueden calificar de impresionantes. Muchas de
estas hormonas poco estudiadas, debido sobre todo a las limitaciones impuestas por las cantidades casi insignificantes de que se ha
dispuesto, sin tardar mucho podrán producirse en cantidades suficientes para utilizarlas en la experimentación animal y humana, lo
que puede suponer una revolución en diversas áreas biomédicas al
facilitar estudios y tratamientos prácticos que hace sólo poco tiempo
ni siquierea se podían soñar.
En una reciente obra de Biotecnología se hace mención de la
diversidad de aspectos que comprende esta rama científica tan
desarrollada y con tan importantes contribuciones para mejorar la
calidad de vida. Sin embargo, huelga decir que, por el momento,
las contribuciones más importantes de la Biotecnología se sitúan
en torno a la medicina, aunque los expertos hablan del impacto
que en un período no demasiado lejano van a producir las aplicaciones en la agricultura y en la industria química, que sin duda en
términos económicos serán más importantes.
CONSECUENCIAS
DEL PROGRESO
DE LA
BIOLOGÍA
MOLECULAR
La Biotecnología se ha constituido en una Ciencia altamente
interdisciplinar en donde la aplicación de los organismos vivos o
de sus componentes a los procesos industriales se basa en el hecho
de que los seres vivos producen innumerables substancias, con
frecuencia de elevado interés comercial. El gran avance de la moderna biotecnología ha sido una consecuencia del progreso de la
biología molecular que ha facilitado el conocimiento de los fundamentos básicos en los que se asienta la vida, en especial las bases
del crecimiento y reproducción de los organismos vivos. La introducción de las técnicas del ácido desoxirribonucleico recombinante
(DNAr), de la fusión celular inducida y de otras nuevas tecnologías
en los procesos industriales biológicos, han conducido a
aplicaciones más efectivas de algunos procesos antiguos bien desarrollados.
La tecnología del DNA recombinante, introducida principalmente por investigadores de las Universidades de Stanford y California, han revolucionado la biología y de forma muy especial la
biotecnología. La tecnología, a primera vista sumamente simple,
consiste en la unión del DNA procedente de diferentes organismos
vivos, para un fin específico. En su conjunto, estas técnicas han
permitido una gran proifundización en el conocimiento de las bases
moleculares de la vida, mientras que en otro terreno han conducido
al establecimiento de numerosas empresas dinámicas y agresivas;
estas bioindustrias con firmes raíces en la investigación básica
universitaria, se orientan fundamentalmente a fines concretos de
producción de numerosos compuestos que van desde los
productos farmacéuticos a las aplicaciones más distantes en el área
de la minería o incluso de la microelectrónica.
Actualmente se sabe que el DNA de la célula humana consta
de unos 3.000 millones de pares de bases, siendo el tamaño medio
de un gen de 1.000 pares de bases. En la célula humana existen
más de un millón de genes, por lo que su estudio podría aparecer
complejo y difícil. Gracias sin embargo a las poderosas técnicas
del DNA recombinante, resulta relativamente fácil aislar genes
con un interés determinado, situarlos en un ser más sencillo, tal
como una bacteria o una levadura, y replicarlos un elevado número
de veces para obtener una cantidad relativamente grande de ese
gen en particular, que permita realizar su estudio por las técnicas
usuales de naturaleza bioquímica. La contribución de enzimas especiales, endonucleasas de restricción, permite obtener fragmentos
de DNA de interés y luego pueden ser insertados en un vector (un
plásmido bacteriano o un virus) qeu al ser introducido en las células se multiplica rápidamente produciendo numerosas copias y
amplificándolo. Diversas técnicas permiten detectar, mediante
sondas, el gen que interesa y que es objeto del estudio.
No se puede ignorar la importancia y la trascendencia de esta
clase de experimentos, razón por la que el destacado pionero de la
Universidad de Standord, Paul Berg, subrayaba: «La capacidad de
unir entre sí material genético procedente de dos fuentes cualesquiera y de propagar estos elementos combinados dentro de bacterias o de células animales, han producido un cambio cualitativo
en el campo de la genética». Y continuaba: «Ahora por vez primera,
existe un método que nos permite atravesar grandes fronteras
evolutivas y cambiar genes entre organismos que previamente jamás habían tenido mutuo contacto genético». Conviene reflexionar un poco sobre el verdadero significado de estas frases y pensar
en la repercusión futura que puede tener en la Naturaleza.
Actualmente muchos laboratorios españoles poseen y dominan la tecnología del DNA recombinante, utilizando fundamentalmente microorganismos, entre los que destacan las bacterias y
las levaduras. Existen también equipos de investigación que además están logrando avances formidables en el desarrollo de sistemas de clonación en plantas, progresando igualmente los sistemas
animales de clonación. Y aunque se ha hablado con frecuencia de
que la investigación básica ha logrado resultados espectaculares en
el aislamiento y caracterización de los genes mediante la tecnología del DNA recombinante, es menester subrayar que para obtener
productos de interés industrial o mejorar un proceso ya existente,
el gen clonado debe expresarse muy activamente y el producto
formado debe ser funcional, aspecto que a nivel mundial
constituye una de las áreas de mayor interés en estos momentos.
En nuestros días la industria farmacéutica (la bioindustria) se
ha situado en vanguardia para explotar los éxitos de la aplicación
del DNA recombinante, alcanzados principalmente en laboratorios universitarios americanos. A medida que se avanzaba en estos
sectores, las bioindustrias, gracias a su elevado nivel y considerable
desarrollo tecnológico, lograban transferir los descubrimientos de
la investigación básica a las aplicaciones industriales, originando
EL IMPACTO DEL
DNA
RECOMBINANTE
una verdadera revolución tecnológica. La medicina se ha beneficiado extraordinariamente de este progreso al poner la industria
biotecnológica productos de gran interés en manos de los clínicos
para su ensayo sobre los enfermos. Sin embargo, uno de los aspectos más interesantes y significativos de la potente biotecnología es
la fabricación de productos totalmente nuevos, que hasta ahora no
se conocían o no existían en la naturaleza, mediante la construcción de genes híbridos a partir de los genes existentes en dos o más
especies biológicas. Esta facultad abre enormes posibilidades, por
ejemplo, para la obtención de antibióticos híbridos o mezclas artificiales obtenidas a nivel celular, por clonación de genes de origen
diferente como puede ser el caso de dos actinomicetos diferentes,
productores por separado de dos antibióticos relacionados pero
distintos, algo nuevo y verdaderamente apasionante.
A modo exclusivamente informativo se pueden citar algunos
de los productos así obtenidos, comenzando por las proteínas reguladoras, entre las que destaca la insulina humana, los
interfero-nes, las linfoquinas, la hormona del crecimiento humano,
los pép-tidos neuroactivos y todo un amplio conjunto de otras
proteínas reguladoras sobre las que, a pesar de su interés, ahora
no nos podemos extender.
BIOTECNOLOGÍA
YBIOMEDICINA
Ningún otro sector de la moderna biotecnología ha despertado
tanto interés como el de la biomedicina, campo en el que hasta
ahora se han obtenido los resultados más espectaculares y del que
en un próximo futuro se espera un mayor impacto si se toma en
consideración lo que se deriva de la manipulación de genes para la
lucha contra algunas enfermedades hereditarias e incluso contra el
cáncer, pues el aislamiento y caracterización de oncogenes por
técnicas del DNA recombinante ha abierto grandes esperanzas y
alguna preocupación.
Los avances ya alcanzados utilizando técnicas de ingeniería
genética han proporcionado un formidable desarrollo en algunos
países, principalmente en los Estados Unidos, Europa Occidental
y el Japón. Así, un buen número de instituciones empresariales
públicas o privadas han alcanzado una gran eficiencia y organización para hacer frente a procesos de producción en gran escala de
interferones humanos, una vez clonados los genes en microorganismos, aunque hay que decir que existen aún no pocas dudas en
relación a la utilidad de los diferentes interferones como agentes
antitumorales o antivíricos. Sin embargo, los resultados obtenidos
en la producción de proteínas como la insulina o la hormona del
crecimiento han sido mucho más esperanzadores, una vez que los
genes humanos o animales han sido clonados y expresados en
bacterias o levaduras. El desarrollo de técnicas para la producción
de anticuerpos monoclonales, que son sin duda de considerable
aplicación y hoy por hoy suponen ofrecer enormes posibilidades
en áreas muy diversas como son su aplicación en análisis y para el
diagnóstico, en los inmunoensayos para la purificación de
antíge-nos así como con fines terapéuticos en el caso de toxinas,
envenenamientos y para el tratameinto de enfermedades
autoinmunita-rias. Avances producidos en años recientes en
campos menos conocidos como son el de la bioelectrónica y el de
la bioelectro-
química, aparentemente ofrecen perspectivas interesantes como
puede ser el sector de los sensores médicos basados en enzimas, tal
como ocurre con el sensor de la glucosa. La comercialización de
otros sensores como los que miden componentes químicos sanguíneos es muy posible que se logre ya en los años noventa.
Una de las áreas más prometedoras de la actual biotecnología
se centra en la producción de vacunas y otros preparados farmacéuticos enfocados a combatir enfermedades infecciosas. La tecnología del DNA recombinante ha comenzado ya a dar pasos importantes en la producción de vacunas antivíricas, ofreciendo una
clara ventaja frente a las tradicionales, al ofrecer la posibilidad de
fabricar subunidades de las mismas. Se produce ya la vacuna de la
hepatitis B y se trabaja intensamente en las de la gripe, poliovirus y
herpes sin olvidar la del virus HIV o del SIDA de extraordinario
interés, proyecto en el que trabajan un buen número de centros de
investigación biomédica y alguna bioindustria. La nueva generación de vacunas conocidas como «vacunas subunidad» contienen
solamente ciertos fragmentos del virus y no está presente el material genético del agente patógeno por lo cual no pueden causar o
reproducir la enfermedad. Estas «vacunas subunidad» son más
puras y más estables durante el almacenamiento que la mayor
parte de las vacunas tradicionales por lo que la OMS está particularmente interesada en su producción y subsiguiente aplicación en
numerosos países, sobre todo subdesarrollados. Las intensas investigaciones que se realizan sobre una gran variedad de vacunas contra
enfermedades bacterianas, víricas o parasitarias (recuérdese la
importancia de la malaria que causa millones de muertes en todo
el mundo), despiertan un formidable interés y algunas esperanzas
de éxito. Es difícil una estimación de lo que podría suponer el
importé de las vacunas en el año 2000, pero algunos cálculos previos liablan de cifras superiores a los 120.000 millones de pesetas,
cantidades que, al igual que en otras áreas, pueden variar considerablemente en función de los avances técnicos logrados en algunos
campos, especialmente en el de las vacunas relacionadas con las
enfermedades parasitarias de tanto impacto en el mundo en desarrollo.
Los productos derivados del fraccionamiento de la sangre humana suponen un volumen comercial ciertamente elevado entre
todos los productos farmacobiológicos, pues se acercan a los
250.000 millones de pesetas al año en todo el mundo. Se calcula
que de este mercado, aproximadamente el 41 por 100 corresponde
a seroalbúmina humana y más concretamente el 25 por 100 a la
y-globulina y el 13 por 100 a los factores antihemofílicos. De hecho
el elevado valor alcanzado por estos productos (más de un millón
de dólares por gramo), ha estimulado la clonación de algunos de
estos factores en bacterias. Interesa destacar que, en este sector, los
Estados Unidos dominan el mercado mundial tanto de
seroalbúmina humana como de factores antihemofílicos. Los datos publicados recientemente por el Office of Technology
Assess-ment (OTA) del Congreso americano, sirven para realizar
una previsión del mercado mundial de unos 5.000 millones de
dólares a
LA
REVOLUCIÓN
DE LAS
VACUNAS
INTERÉS POR
LOS
PRODUCTOS
DERIVADOS DE
LA SANGRE
finales de siglo. Se trata de cifras realmente importantes que hacen
que las firmas farmacéuticas se interesen y realicen inversiones
considerables, de esperan/adora utilidad en el sector.
En este apartado resulta imprescindible hacer mención de la
revolución, en realidad una cierta convulsión, ocasionada por la
comercialización del TPA (Tissue plasminogen activator), droga
que se utiliza para disolver coágulos sanguíneos, producida y comercializada por Genentech, con patentes efectuadas en todo el
mundo y que ha despertado una inusitada atención. Se supone
que las ventas de este producto típico de la moderna biotecnología
del DNA recombinante batirá sin tardar mucho todos los récords
comerciales; se espera que puedan superar cifras de 1.000 millones
de dólares anuales, sin olvidar que ya en 1988 las ventas superaron
ampliamente los 250 millones.
En íntima relación con el tema que se acaba de mencionar se
sitúa el de los productos de diagnóstico que constituyen un sector
nuevo y revolucionario, un mercado formado por los reactivos
clínicos en forma de «Kits». La gran especificidad de los anticuerpos monoclonales hace que estos ensayos se realicen para el diagnóstico de una gran variedad de enfermedades, así como para la
detección precoz del cáncer. Resulta difícil predecir el mercado
para estos productos de cara al año 2000, pero los datos que se
manejan permiten suponer que, como en el caso anterior, fácilmente supere los 1.000 millones de dólares.
La utilización de los microorganismos como motores de la
bioindustria es un hecho evidente y los proyectos más recientes de
transformar los cultivos microbianos y celulares en agentes contra
la contaminación y recuperación de minerales, en productores de
biogás, en fabricantes de proteínas, de hormonas y de toda clase de
drogas, han suscitado en no pocas naciones un gran interés, dando
lugar a la movilización de recursos importantes para la creación de
una espectacular bioindustria, lo que justifica el desarrollo de un
buen número de empresas nacionales o multinacionales, principalmente del sector farmacéutico, extraordinariamente agresivas y
muy potentes. Las investigaciones de estas empresas alcanzan formidables proporciones y según reciente afirmación de uno de los
más destacados expertos en biotecnología, el Dr. Julián Davies,
realizadas en una reciente reunión celebrada en Sevilla, están dejando atrás a las mismas Universidades, pioneras en un tiempo
anterior, como ya se ha mencionado, sobre todo en los Estados
Unidos.