MEDIANTE LA APLICACIÓN DE LA GENÓMICA SE BUSCA NUEVOS GENES CAPACES DE SINTETIZAR ANTIBIÓTICOS A PARTIR DE BACTERIAS

En los últimos años, se descubrió que las bacterias poseen un metabolismo capaz de cumplir con diversas funciones, y esta característica les permite, entre otras tareas, producir antibióticos. Por ello, un equipo científico mexicano del Laboratorio Nacional de Genómica para la Biodiversidad (Langebio) estudia distintas especies con el fin de identificar aquellas que puedan sintetizar compuestos que deriven en el desarrollo de nuevos medicamentos.

Francisco Barona Gómez, adscrito al Laboratorio de Evolución de la Diversidad Metabólica, afirma que ellos se enfocaron en el grupo de las actinobacterias, conocidas como actinomicetos con el objetivo de entender los procesos y la evolución en su metabolismo, que les permite producir un antibiótico, infectar una célula humana o degradar un contaminante.

Uno de los hallazgos del equipo científico fue con la bacteria gram positiva Streptomyces lividans que, pese a contar con más de 50 años de investigación, recientemente encontraron mayor número de genes capaces de sintetizar antibióticos, y todo fue posible gracias a la aplicación de la genómica.

Al estudiar estos genes, los expertos de Langebio observaron un proceso denominado promiscuidad enzimática, definido como la posibilidad que poseen las proteínas de las bacterias de hacer varias cosas al mismo tiempo.

El doctor Barona Gómez cuenta que antes se creía que las enzimas, proteínas encargadas de producir reacciones químicas en el metabolismo, eran muy especializadas y sólo tenían una función, pero ahora se ha descubierto que tienen la capacidad de cumplir con varias a la vez.

El doctor también resalta que es precisamente esta particularidad la que va a permitir encontrar nuevas rutas metabólicas para la síntesis de compuestos, los cuales pueden dar lugar a la producción de antibióticos o biocombustibles a partir de bacterias, entre otros.

De acuerdo con el investigador, el gran reto es encontrar enzimas que puedan degradar materia orgánica de diferentes fuentes para obtener químicos novedosos. Por ejemplo, en el terreno de los antibióticos, es necesario generar nuevas moléculas debido al problema de resistencia bacteriana, ocasionada por el abuso en su administración y a que la evolución seleccionó las cepas más fuertes.

Lo anterior, aunado a que los laboratorios farmacéuticos redujeron sus investigaciones en esa área, motivó a diversos grupos de científicos a apostar por la genómica, que está generando una revolución en la búsqueda de nuevos fármacos, por lo que esta investigación del Langebio contribuye a sentar las bases en la obtención de nuevos productos.

CONVIERTEN LEVADURAS EN PEQUEÑAS GRANDES FUENTES DE LÍPIDOS PARA BIOCOMBUSTIBLES MEDIANTE INGENIERÍA METABÓLICA

Investigadores de la Universidad de Texas han desarrollado una nueva fuente de energía renovable, un biocombustible, a partir de células de levaduras manipuladas genéticamente y de azúcar común de mesa. Esta levadura produce aceites y grasas, conocidas como lípidos, que se pueden utilizar en lugar de los productos derivados del petróleo.

El profesor adjunto Hal Alper, en el departamento McKetta de Ingeniería Química de la Escuela Cockrell, junto con su equipo de estudiantes, creó esta nueva plataforma basada en células. Dado que las células de levadura crecen en azúcares, Alper llama al biocombustible producido por este proceso " una versión renovable de crudo dulce".

La plataforma produce la mayor concentración de aceites y grasas reportados a través de la fermentación, el proceso de cultivo de células para convertir el azúcar en productos como el alcohol, gases o ácidos.

El equipo de investigación fue capaz de rehacer células de levadura para permitir que hasta el 90% de la masa celular se convierta en lípidos, que luego se pueden utilizar para la producción de biodiesel. El investigador afirma que este valor se está acercando a la concentración observada en muchos procesos bioquímicos industriales.

Dado que los materiales grasos son bloques de construcción para muchos productos de uso doméstico, este proceso podría ser utilizado para producir una variedad de productos hechos con petróleo o aceites. Los biocombustibles y productos químicos producidos a partir de organismos vivos representan una parte prometedora del mercado de la energía renovable. En general, se espera que el mercado mundial de biocombustibles se duplique durante los próximos años, al pasar de $ 82.7 mil millones en 2011 a $ 185.3 mil millones en 2021.

El biocombustible que los investigadores formularon es similar en composición al biodiesel de aceite de soja. Las ventajas del uso de las células de levadura para producir biodiesel de calidad comercial son que las células de levadura se pueden cultivar en cualquier parte, no compiten con los recursos de la tierra y son más fáciles de alterar genéticamente que otras fuentes de biocombustibles.

El equipo de investigadores tomó como inicio una cepa de la levadura Yarrowia lipolytica, y fueron capaces de convertirla en una fábrica de aceite a partir de azúcar. Al rehacer genéticamente la Yarrowia lipolytica, el Dr. Alper y su grupo de investigación han creado un biocatalizador casi comercial que produce altos niveles de aceites biológicos durante la fermentación de hidratos de carbono.

Hasta ahora, la producción de biocombustibles de alto nivel y aceites renovables ha sido una meta difícil de alcanzar, pero los investigadores creen que la producción de la industria a gran escala es posible con esta plataforma.

En un esfuerzo de ingeniería que abarca más de cuatro años, los investigadores modificaron genéticamente Yarrowia lipolytica mediante la eliminación y la sobreexpresión de los genes específicos que influyen en la producción de lípidos. Además , el equipo identificó condiciones de cultivo óptimas que difieren de las condiciones estándar. Los métodos tradicionales se basan en la ausencia de fuente nitrógeno para engañar a las células de levadura en el almacenamiento de grasa y materiales. La investigación de Alper proporciona un mecanismo para el crecimiento del contenido de lípidos sin falta de fuente de nitrógeno. 

La plataforma produce los más altos niveles de contenido lipídico creados hasta ahora usando una célula de levadura genéticamente modificada. Para comparar, otras plataformas basadas en levaduras producen un contenido lipídico que va del 50% al 80%. Sin embargo, estas plataformas alternativas no siempre producen los lípidos directamente del azúcar como esta tecnología lo hace.

Alper y su equipo continúan buscando formas de mejorar aún más los niveles de producción de lípidos y el desarrollo de nuevos productos que utilicen esta levadura modificada .

PROTEÍNAS MODIFICADAS GENÉTICAMENTE COMO POSIBLES VACUNAS CONTRA LA ALERGIA AL MELOCOTÓN

Una investigación, llevada a cabo por el Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas (UPM-INIA) y dirigido por Araceli Díaz Perales, ha estudiado la alergia al melocotón, la alergia alimentaria más común , y la proteína de Pru p 3. Como resultado de este trabajo de investigación, se han desarrollado tres variantes hipoalergénicas de esta proteína. Todos pueden ser buenos candidatos para el uso de la inmunoterapia específica para la alergia al melocotón y también pueden ser utilizados como una vacuna.

Hoy en día, la alergia afecta a más del 25 % de la población de los países desarrollados. Actualmente, el tratamiento de la alergia a los alimentos consiste en evitar la ingesta de estos alimentos. Sin embargo , la posibilidad de reactividad cruzada (reacción a los alimentos relacionados) hace que esta práctica sea ineficaz.

La inmunoterapia específica es el único tratamiento para prevenir los signos más graves de la progresión de la alergia. La inmunoterapia consiste en la ingesta de dosis crecientes de extractos de alergenos a pacientes afectados. Sin embargo, el uso de este extracto podría inducir reacciones anafilácticas o conducir a la sensibilización a nuevos alergenos que se encuentran en la mezcla. De acuerdo con esto, el uso de moléculas hipoalergénicas, con menor capacidad de unirse a anticuerpos pero con la capacidad de estimular el sistema inmune, sería una herramienta útil para la inmunoterapia.

La alergia alimentaria más común en España y en el área mediterráneas es la alergia al melocotón, que es causada principalmente por las Pru p 3 proteínas. El tratamiento actual de esta alergia consiste en evitar el consumo de melocotón, ni frescas ni procesadas. Como alternativa, esta investigación ha definido las regiones de esta proteína alergénica que está implicada en la unión a anticuerpos y la estimulación de las células del sistema inmune. Después de eso, los investigadores desarrollaron tres variantes hipoalergénicas de esta proteína que se puede utilizar como una vacuna.

Estas variantes son el resultado de la modificación de epítopes (regiones de unión a anticuerpos) de esta proteína y se utilizaron en una investigación con un paciente alérgico al melocotón con el fin de confirmar su capacidad de estimulación del sistema inmune. Cada variante tiene una modificación diferente que fue diseñada mediante el uso de herramientas genéticas. Aunque la variante 1 (Pru p 3.01) mostró actividad alergénica muy similar con la proteína natural, la variantes Pru p 3.02 y Pru p 3.03 presentaron menor capacidad para unirse a anticuerpos. Además, esta ultimas mantuvieron su capacidad de estimular las células del sistema inmunológico (linfocitos) de los pacientes alérgicos al melocotón durante los ensayos in vitro.

Los resultados muestran que estas dos moléculas (Pru p 3,02 y Pru p 3,03) podrían ser buenos candidatos para el uso de la inmunoterapia específica para la alergia al melocotón.

Este trabajo de investigación ha establecido las bases para establecer una nueva estrategia de inmunoterapia, aunque sería necesario realizar ensayos adicionales de estas dos moléculas en animales para comprobar su eficacia en el tratamiento de la alergia al melocotón.

LOGRAN PROMETEDORES AVANCES EN TERAPIA ANTICANCERÍGENA CON CÉLULAS T MODIFICADAS

Células inmunes modificadas (células T CARmeso) que dirigen respuestas inmunes hacia tumores que portan una proteína llamada mesotelina, mostraron actividad antitumoral en dos pacientes con cáncer avanzado que no habían respondido a tratamientos previos.

Células T con receptores de antígeno quiméricos (células T CAR)  son una forma de terapia celular personalizada que utiliza las células inmunes, llamadas células T, de los mismos pacientes. Después de que las células T son cosechadas a partir de un paciente, son modificadas para soportar una molécula que les permite unirse a una proteína específica llevada por las células cancerosas del paciente y que se activan para matar a las células cancerosas cuando lo hacen. Las células T CAR han mostrado resultados iniciales prometedores para los pacientes con algunos tipos de leucemia y linfoma, sin embargo, no han tenido mucho éxito para cánceres sólidos, uno de los principales problemas es la toxicidad. Dado que las células normales expresan la proteína diana de las células T CAR, aunque a niveles más bajos que las células del cáncer, las células T modificadas las reconocen y atacan así como a las células tumorales (desvío de la toxicidad).

Carl H. June, profesor de patología y medicina de laboratorio en la Escuela de Medicina de Perelman en la Universidad de Pennsylvania, afirma que han diseñado células T que expresan un CAR solo durante tres días, después del cual el ARNm es metabolizado rápidamente por el sistema, por lo que las células T vuelven a lo que eran antes en el paciente. Estas células T reconocen una proteína llamada mesotelina presente en muchos tumores, incluyendo el mesotelioma y el cáncer de páncreas, por lo tanto, son llamados células T CARmeso. La estrategia de los científicos es ofrecer múltiples infusiones de células T CARmeso al paciente, y si se produce toxicidad, se podría abortar la misma deteniendo las infusiones, porque los CAR basados ​​en ARNm revierten rápidamente a células T normales. Los científicos han encontrado que las CAR temporales que diseñaron son seguros, sin toxicidad fuera del tumor.
June ​​y sus colegas reclutaron a dos pacientes, de edades entre 75 y 81 años, para una primera fase de ensayos clínicos. Uno de los pacientes tenía mesotelioma avanzado, y el otro paciente tenía cáncer de páncreas metastásico que progresó después de fallar la terapia de primera línea. El objetivo de este ensayo fue evaluar la viabilidad y seguridad en la fabricación de las células T CARmeso basados ​​en ARNm. Los investigadores aislaron las células T de los pacientes, los reprodujeron en grandes cantidades en el laboratorio, y los diseñaron para reconocer la mesotelina en células tumorales, utilizando un material biológico llamado ARNm. Después de asegurar la viabilidad y la especificidad de las células modificadas, los investigadores introdujeron las células T de nuevo en sus cuerpos.
Después de recibir tres infusiones de células T CARmeso, el paciente con mesotelioma mostró estabilización de la enfermedad. El paciente con cáncer de páncreas recibió ocho infusiones de células T CARmeso, y el fluido recogido de su abdomen mostró una disminución del 40% en el número de células tumorales que expresan mesotelina.
Ellos tambien encontraron que estas células T CARmeso no sólo tienen una actividad antitumoral, sino también actúan como una vacuna, y desencadenan una respuesta contra el propio tumor del paciente.

DESARROLLAN UN MÉTODO MAS EFICAZ PARA EL PROCESO DE TRANSFECCIÓN EN CÉLULAS

Investigadores del Instituto Politécnico de la Universidad de Nueva York (NYU-Poly) y el Colegio de Odontología de la Universidad de Nueva York (NYUCD) han desarrollado un método que es cinco veces más eficiente en la introducción de ADN en las células que los métodos comerciales de hoy. Este nuevo complejo es un híbrido péptido-polímero, montado a partir de dos vectores separados y menos eficaces que se utilizan para introducir ADN en las células.

Los hallazgos fueron el resultado de un proyecto de investigación colaborativo realizado por el Dr. Seiichi Yamano de la NYUCD y el Dr. Jin Montclare de la NYU - Poly. El resultado del estudio podría ayudar a los investigadores a comprender mejor la función de los genes y mejorar la terapia génica en última instancia.

Los vectores son esencialmente los vehículos que llevan el material genético dentro la célula. Los vectores no virales tales como los diseñados en este estudio se utilizan para la transfección (introducción de material genético extraño en una célula). Pero la transfección no es tan fácil, las células están preparadas para mantener moléculas extrañas fuera del núcleo. Incluso si el plásmido transportado logra penetrar la membrana celular, el citoplasma dentro de la célula tiene medidas de seguridad para detener cualquier molécula que quiera entrar en el núcleo.

Tradicionalmente, los científicos han diseñado virus para llevar a cabo la transfección, pero los virus son problemáticos porque las células que los reconocen como objetos extraños y desencadenan la respuesta inmune. La transfección por virus es extremadamente costosa y presenta numerosas dificultades para el procesamiento en masa. Por otro lado, los vectores no virales no activan el sistema inmune y se fabrican y modifican fácilmente para entregas seguras y más eficaces. Su inconveniente es que generalmente son efectivos sólo por cortos períodos en la transfección, así como otras formas de expresión génica.

Para este proyecto, Yamano y Montclare emparejaron una versión modificada del CPP VIH-1 (mTat) con PEI (un vector no viral particularmente eficaz para la entrega de oligonucleótidos). Al combinar mTat y PEI, se construyó un nuevo vector no viral, más eficaz que el mTat o el PEI individualmente. Ellos probaron su vector reactivo tanto in vitro (en placa Petri), así como por aproximadamente siete meses en un organismo vivo (in vivo).