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Corrección de errores genéticos: Realidad y ficción
( Publicado en "La Revolución de la Bioingeniería", Fernando Mönckeberg, 1988,
Editorial Mediterráneo )
Los caracteres que hemos heredado de nuestros padres y los que trasmitimos a nuestros
hijos, están contenidos en cada una de las células de nuestro organismo, en el DNA. Es la
llamada información genética. Podríamos considerar este complejo como una gran
enciclopedia que contiene toda la información e instrucción como para fabricar un
individuo completo y al igual que en ellas, las informaciones que posee el DNA, se
organizan en tomos. Estos son los cromosomas. Todos nosotros contamos con veintidós
pares de cromosomas, más dos destinados a determinar las características sexuales. A
cada cromosoma, observables al microscopio para su identificación se le ha asignado un
número, que en el caso de los seres humanos es del 1 al 22 y cada uno contiene
aproximadamente 50 mil genes.
Los genes son responsables de todas nuestras características: el crecimiento, el desarrollo,
el color de nuestro pelo, el largo y hasta la forma de la nariz, el color de nuestros ojos, la
forma de nuestras manos. Esta regulación se ejerce a través de la síntesis de las
proteínas, que son las que en definitiva controlan todo el proceso metabólico.
En la medida que avanza el conocimiento de la genética, más se convencen los científicos
que una buena parte de nuestras enfermedades dependen de algún modo de errores de
nuestros genes, aun aquellas cuyos síntomas aparecen cuando el individuo ya es adulto.
Se sabe, por ejemplo, que si se ingiere mucha sal, algunos individuos desarrollan
hipertensión. En cambio otros, que ingieren mucha sal, no sufren la enfermedad. Esta
diferencia es genética. Lo mismo sucede con la ateroesclerosis. Es así como en muchos
individuos, que comen grasas saturadas, sufren un aumento del colesterol sanguíneo que
se deposita posteriormente en las paredes de las arterias. Otros en cambio, aun cuando
comen exceso de grasas saturadas, su colesterol es normal. La regulación del nivel del
colesterol sanguíneo está dada por cinco a seis genes distintos, siendo éstos los
responsables de la susceptibilidad a la ateroesclerosis.
Muchos individuos son fumadores y a algunos les produce cáncer y a otros, no. Muchos
individuos comen en exceso y algunos son obesos y otros, no. En ciertas personas los
genes son tan eficientes, que contrarrestan el factor nocivo. En otros, en cambio, el factor
nocivo supera la eficiencia de los genes y aparece la enfermedad.
Mucho queda aún por conocer la forma de cómo actúan estos diversos genes y cómo
condicionan la mayor a menor susceptibilidad a diversas enfermedades. Junto a estas
patologías, cuya causa depende de la interacción de muchos genes, existen otras en que
la alteración es de un solo gen. Este gen alterado condiciona la síntesis de una proteína
anormal que no es capaz de desempeñar su función normal, la que finalmente termina por
la aparición de una determinada enfermedad. En otras condiciones el gen no transcribe
nada y sencillamente falta la proteína. Tal es el caso de la gamma globulinemia, en que no
se sintetiza la gamma globulina y el paciente padece de continuas infecciones. Otras
veces, el error es más pequeño y la proteína se sintetiza, pero hay una modificación en su
constitución y por lo tanto es ineficiente para desempeñar su función. Tal es el caso de
muchas enzimas.
Se conocen más de tres mil de estas enfermedades, debidas al error en un gen. Cada una
de ellas, de escasa prevalencia, pero todas, en su conjunto constituyen un serio problema
médico. Muchas veces producen limitaciones graves y su tratamiento, siempre paliativo,
es muy costoso.
Un ejemplo, es la fenilquetonuria, una enfermedad muy cruel, en la que el niño nace sano,
pero poco a poco se le va lesionando su cerebro, hasta producir un daño profundo.
Su causa es la alteración de un gen, que codifica la síntesis de la enzima, la fenilalanina
hidroxilasa, que es indispensable para metabolizar el aminoácido fenilalanina. Al no
poderse degradar la fenilalanina, ésta se eleva en la sangre, causando un daño cerebral. El
único tratamiento que existe es paliativo. Hay que realizar el diagnóstico en el mismo
momento de nacer y desde allí en adelante, hay que alimentarlo para siempre, con una
dieta sintética que no contenga fenilalanina. Esto es muy difícil, porque la fenilalanina está
presente en todas las proteínas de los alimentos.
Con los avances de la manipulación genética, los científicos se han visto tentados a
estudiar la posibilidad de reemplazar el gen defectuoso por otro normal. Si así fuera, sería
el tratamiento radical de la enfermedad. Para esto habría que conocer muy bien cuál es el
gen alterado y cuál es la falla específica que produce para posteriormente actuar sobre ese
gen en todas las células del organismo o al menos, en todas las células de un determinado
órgano. Muchos creen que estamos aún muy lejos de lograrlo, sin embargo, otros piensan
que es posible en los próximos años, lograr la terapia génica. Veamos dónde estamos.
En 1982, Spradling y Rubin, consiguieron por primera vez corregir un gen defectuoso en la
mosca drosófila. Para introducir el gen a la célula, usaron un rotavirus, al que le acoplaron
el gen correcto. Una vez dentro de la célula, el gen comenzó a codificar la proteína
adecuada y de este modo se curó la enfermedad de la mosca. El primer y gran obstáculo
para la terapia génica era poder entrar con el gen correcto al interior de las células. Estos
virus parecían como los más adecuados, debido a que son capaces de entrar a las células
e insertar su información genética en un cromosoma celular.
También ha sido posible introducir, experimentalmente, un gen a células de mamíferos
aisladas, utilizando un rotavirus obtenido de un sarcoma de rata, que portaba un gen de
resistencia al antibiótico neomicina. Se infectaron con este virus células precursoras de
granulocitos extraídos de la médula de ratones, las cuales, posteriormente, se inocularon a
ratones irradiados con lo que se destruyeron sus células sanguíneas de la médula.
Posteriormente, en el bazo del ratón irradiado, se comprobó la resistencia a la neomicina,
lo que demuestra el éxito de la trasferencia genética (figura 1).
¿Es posible introducir genes a células humanas y que posteriormente funcionen como tal?.
Por ahora, las investigaciones se han orientado hacia aquellas enfermedades genéticas
que afectan a células más accesibles, como son por ejemplo, las células de la médula
ósea. Una de las características más relevantes del proceso hematopoyético es que sólo
una fracción muy pequeña, menos del 1%, de las células poseen capacidad de
autorenovación, esto es, la propiedad que - por división celular- son capaces de generar
dos células hijas perfectamente iguales a la progenitora, siendo éstas las células troncales.
Naturalmente, ésta seria la célula ideal para introducir genes exógenos, ya que asegura
que el nuevo gen va a ser incorporado en forma uniforme a todas las células que se
diferencian a partir de ésta. El 99% restante de las células de la médula corresponde a
células en distintos estados de diferenciación.
De este modo, si pudiéramos contar con una muestra adecuada de células troncales, se
les podría introducir el gen correcto, cultivarlas y luego devolverlas a la médula. Así se
podrían tratar enfermedades que afectan a la síntesis de la hemoglobina, ya que los
glóbulos rojos se originan en la médula ósea se generan de estas mismas células
troncales. Una de estas enfermedades es la B talasemia, que consiste en que existe
anormalidad en una de las cadenas de la hemoglobina, la que podría corregirse
introduciendo el gen correcto en las células progenitoras que sintetizan la hemoglobina.
Aún más, un tratamiento que se vislumbra como altamente satisfactorio está ya disponible
para la B-talasemia. Costantini y sus colaboradores de la Universidad de Columbia, USA,
han utilizado un modelo animal de esta enfermedad en ratones para demostrar que el
defecto genético puede ser corregido por medio de la trasferencia del gen normal a células
genéticamente deficientes. Así, han clonado los genes de la B-globina humana o de ratón
(es parte de la molécula de hemoglobina), y lo han inyectado en el óvulo fertilizado de
ratón, colocando luego estos óvulos en madres adoptivas. Los hijos así nacidos tuvieron el
gen normal, por lo que sintetizan la cadena normal de B-globina, desapareciendo los
síntomas de la anemia. Curiosamente, este mejoramiento de los ratones es más evidente
si se inyectan los genes humanos en vez de los del ratón. Aunque este tratamiento no
puede usarse directamente en humanos, el experimento demuestra que un gen puede
substituir al gen defectuoso y así aliviar la enfermedad.
Un importante escollo que es necesario salvar en esta tecnología es la selección del vector
adecuado. En este sentido, los virus DNA aparecen como los mejores candidatos ya que
pueden aceptar trozos de DNA foráneos. Por supuesto, es necesario previamente
asegurarse que el virus preparado de este modo no sea patógeno como virus, evitando así
que el remedio sea peor que la enfermedad.
Se ha estado investigando también con otros probables transportadores. En lugar de los
virus, se han ensayado agentes químicos, como el fosfato de calcio. En este sentido han
trabajado Graham y Van der Eb y, posteriormente, Richard Axel, en el perfeccionamiento
del método. Ello ha permitido incorporar el gen que confiere resistencia al metotrexato a
células de la médula ósea en cultivo. Este compuesto, que es utilizado en la quimioterapia
del cáncer como agente antifólico, no alteraría el funcionamiento normal de las células
hematopoyéticas.
Muchas variables se han ensayado, pero en definitiva, todas ellas consisten en poner
físicamente el gen dentro de la célula, como por ejemplo, mediante una microinyección.
Mediante esta técnica, recientemente, Hammer en Inglaterra, consiguió introducir el gen
de la hormona de crecimiento hipofisiaria en el óvulo fecundado de ratas por deficiencia
genética de esta hormona. El gen funcionó y el resultado fue que la rata nació y creció casi
el doble del tamaño de una rata normal, siendo la primera vez que un gen introducido en
una célula de mamífero funcionaba coma tal (figura 2).
Este hecho de gran trascendencia, ha despertado un enorme interés entre los
investigadores que se dedican al estudio del crecimiento animal, como son aquellos que se
realizan con cerdos y ovejas y que ya han tenido éxito, logrando animales de rápido
crecimiento (figura 3).
Con la misma técnica de inyectar genes en huevos fertilizados, recientemente (marzo
1987), investigadores del Instituto Tecnológico de California y de La Universidad de
Harvard (Leroy Hood y cols), publicaron un trabajo en que dicen haber sido capaces de
curar una enfermedad genética y fatal de las ratas, llamada mutación de tiritones,
mediante el trasplante de genes. La enfermedad es causada por la ausencia genética de
una proteína que envuelve los nervios en el cerebro y la médula. Se trata de una proteína
de la mielina. Ellos pudieron aislar el gen (trozo de DNA), que codifica a esta proteína y lo
pudieron introducir a huevos fertilizados provenientes de ratas que tenían la enfermedad,
y luego los implantaron en una rata, madre sustituta. Nació así una rata sin la enfermedad
y con su mielina normal. Posteriormente, al cruzarse estas ratas, pudieron observar que el
gen introducido se trasmitía a las próximas generaciones. (figura 4).
Indudablemente, este nuevo campo de la medicina y la tecnología, produce reservas a
muchas personas. Para muchos la aplicación de esta nueva tecnología puede constituir un
gran peligro, ya que podría producir cambios imposibles de prever. Sin embargo, aquí hay
que establecer una diferencia fundamental. Es diferente tratar por terapia génica a
enfermedades que afectan a las células somáticas, que tratar de modificar los genes de las
células reproductoras, como son las casos de las ratas, cerdos y ovejas recién descritos.
En el primer caso, es una corrección que se introduce al material genético, y sólo afectarla
al individuo en cuestión y por lo tanto no se trasmitiría a las siguientes generaciones. En el
segundo caso, el gen se incorporaría a las células germinales y se transmitirían a las
próximas generaciones. Hasta ahora, las investigaciones van dirigidas al primer caso y es
difícil que se detengan, porque los pacientes que padecen de enfermedades genéticas, en
la actualidad, no tienen ninguna esperanza y el trasplante de genes sería su única
posibilidad.
En resumen, los conocimientos de la regulación genética y el desarrollo de las tecnologías
de manipulación de genes, han abierto las expectativas de corrección de deficiencias
genéticas que producen enfermedades, que hasta ahora no tenían una posibilidad real de
tratamiento. Investigadores de todo el mundo están alertas a esto y hace algunos años
(1983), se celebró una reunión en el Laboratorio de Cold Spring Harbor, USA, para discutir
las perspectivas reales de la terapia génica. Los distintos exponentes, se mostraron más
bien escépticos. Sin embargo, desde entonces hasta ahora se han producido nuevos
avances, y probablemente los mismos expositores, en alguna medida, han modificado ya
su posición. Con todo, no podemos decir cuán cerca o cuán lejos estamos de esa realidad.
La terapia génica presenta aún varios problemas que se están resolviendo.
1)Es necesario identificar al gen defectuoso, responsable de la codificación de una proteína
alterada. Ahora es posible, porque las metodologías de manipulación genética han sido
descritas y de hecho, en algunas enfermedades, esos genes ya se han identificado. Se
requiere sí, de mucho trabajo rutinario y de mucha investigación que consume tiempo,
esfuerzos y recursos, para llegar a idividualizarlos todos. En mayo de 1987, el Senado de
USA, aprobó un presupuesto de 5 años, por un total de 2000 millones de dólares, para
identificar al genoma humano completo.
2) De acuerdo a la información anterior, es posible sintetizar un gen correcto, porque ya
existe la maquinaria y los procedimientos de laboratorios para hacerlo.
3) Luego, ese gen tiene que introducirse dentro de las células del organismo, utilizando un
virus como vector. Sin embargo, es distinto introducir un gen en una célula aislada, que
introducir el mismo gen en todas las células de un tejido. Una posibilidad es utilizar como
vectores a proteínas sanguíneas que normalmente entran a las células, como es el caso de
lipoproteínas, de vitaminas o de proteínas transportadoras de iones, tales como fierro,
cobre u otros. Existen proteínas receptoras en la membrana celular, que reconocen estas
proteínas transportadoras y reaccionan produciendo una invaginación de la pared, para
dejarlas entrar. Esto aún no ha sido explorado, pero el largo trayecto que separa la
membrana celular del núcleo y la gran cantidad de nucleasas intracelulares nos hacen ser
escépticos, al menos por ahora.
4) Si el gen puede entrar al interior de la célula, no significa necesariamente que vaya a
ejercer su funcionamiento en forma efectiva. De hecho, el proceso de regulación de la
expresión genética, es extraordinariamente complejo, y en la célula están lejos de
conocerse con toda claridad. No se sabe con exactitud aún como se realiza la regulación
genética, o qué hace que un gen se exprese en determinado momento y en otro no.
Existen indicios, pero aún no está el proceso clarificado. Finalmente, la célula en su
interior, con sus intrincadas infraestructuras, podría impedir que un gen incorporado a la
célula, pueda trabajar eficientemente a que su expresión sea adecuadamente regulada.
Todos estos aspectos, están aún lejos de tener una respuesta clara, sin embargo, por los
conocimientos actuales podemos pensar que la posibilidad existe, y también podemos
decir que los avances de los conocimientos están superando nuestra imaginación.
Artículo extraído de CRECES EDUCACIÓN - www.creces.cl