Uso de los Virus como vectores en la Biotecnología

Hemos hablado mucho de los virus como agentes infecciosos y malignos para nuestro organismo pero hoy nos gustaría darle la vuelta y hablar de una de las aplicaciones más importantes que estos microorganimsos tienen y con la cual nos ayudan a luchar contra otras patologías: la terapia génica.

Actualmente, la dotación genética de una célula puede ser modificada mediante la introducción de un gen normal en el organismo diana que sustituya al gen defectuoso en su función; es lo que conocemos como terapia génica.

La terapia génica se puede definir como el conjunto de técnicas que permiten vehiculizar secuencias de ADN o ARN al interior de células diana, con objeto de modular o regular la expresión de determinadas proteínas que se encuentran alteradas, revirtiendo así el trastorno biológico que ello produce.

En función del tipo de célula diana, existen dos modalidades de terapia génica.

Modalidades de terapia génica:

1. Terapia génica de células germinales: se dirige a modificar la dotación genética de las células implicadas en la formación de óvulos y espermatozoides, y por tanto, es transmisible a la descendencia. Este tipo de terapia génica sería la indicada para corregir de forma definitiva las enfermedades congénitas, pues afecta a la célula desde la primera fase de su formación. Sin embargo, debido a consideraciones éticas la legislación lo prohíbe. 
2. Terapia génica somática: se dirige a modificar la dotación genética de células no germinales, es decir, células constituyentes del organismo, ya diferenciadas. Por esta razón no se transmite a la descendencia. La terapia génica ha centrado sus actuaciones sobre enfermedades genéticas hereditarias bien definidas cuyo defecto reside en un único gen. Algunos ejemplos de  enfermedades monogénicas son: las hemofilias, la fibrosis quística y la distrofia muscular. Las enfermedades poligénicas al afectar más de un gen se convierten en demasiado complejas y por lo tanto se desestima su tratamiento.

2. Técnicas utilizadas en la transferencia de genes

La principal ventaja de esta técnica es su mayor sencillez frente a la terapia génica in vitro. En cambio, su gran inconveniente es que el grado de control sobre el proceso de transferencia y su eficiencia son menores, ya que no se pueden amplificar las células transducidas. Además, esto supone una dificultad a la hora de conseguir un grado alto de especificidad tisular.

*Figura 1: Modelo de transferencia génica in vivo mediado por liposomas catiónicos: introducción del gen que codifica el regulador transmembrana de la fibrosis quística.

2.1. Terapia génica in vivo: agrupa las técnicas en las que se introduce el material genético a las células del organismo directamente, es decir, sin extracción ni manipulación in vitro (experimentación hecha dentro de un tejido vivo).

2.2. Terapia génica ex vivo: reúne todos aquellos procesos en los que las células a tratar son extraídas del paciente, aisladas, crecidas en cultivo y sometidas al proceso de transferencia in vitro. Una vez que se han seleccionado las células que han sido efectivamente transducidas, se expanden en cultivo y se introducen de nuevo en el
paciente.

*Figura 2: Modelo de transferencia génica ex vivo: introducción del gen que codifica el receptor de LDL en el tratamiento de la hipercolesterolemia familiar monogénica.

Sus principales ventajas son el permitir la elección del tipo de célula a tratar, mantener un estrecho control sobre todo el proceso (a diferencia de la técnica anterior), y la mayor eficacia de la transducción genética.

Por el contrario, los problemas más importantes de esta modalidad son la mayor complejidad y coste de los procesos y la imposibilidad de transducir aquellos tejidos que no son susceptibles de crecer en cultivo. Además, existe siempre el riesgo de contaminación de las células inherente a la manipulación.

3. TRANSFERENCIA GÉNICA

La terapia génica requiere que se tranfieran eficientemente los genes clonados a células enfermas, de manera que los genes introducidos sean expresados en la cantidad adecuada.

3.1. Métodos de transferencia génica

Para alcanzar un determinado efecto biológico en terapia génica es necesario introducir de manera eficaz la secuencia génica de interés en la célula diana y conseguir su expresión. Estos objetivos suponen contar con un adecuado sistema de vehiculización o transferencia y, al mismo tiempo, disponer de promotores adecuados para conseguir la máxima expresión del gen insertado en la célula.

Los principales sistemas de transferencia pueden agruparse en dos tipos:

- Métodos físico-químicos o vectores no virales: 
Los vectores no virales fueron los primeros en ser desarrollados. Sus fragmentos de ADN o ARN se transportan mediante plásmidos (moléculas de ADN que permanecen independientes del genoma de las células huésped).

- Vectores virales: 
  Virus modificado que hace de vehículo para introducir material genético exógeno en el núcleo de una célula.

Una vez realizada la transferencia génica, los genes insertados se pueden llegar a integrar en los cromosomas de la célula, o permanecer como elementos genéticos extracromosómicos.

- Integrativos: Corresponden con los genes integrados en los cromosomas. Para integrar dichos genes en los cromosomas, se necesita un vehículo (un vector) que para estos genes en concreto pueden ser:

• Lentivirus: Es un tipo de vector cuyo material genético es ARN que permite introducir el gen que nos interesa en la célula de forma integral.
• Retrovirus: Es un tipo de vector cuyo material genético es ARN que permite introducir el gen que nos interesa en las células, invadiéndolas permanentemente.

- No integrativos

Corresponden con los genes no integrados en los cromosomas, los cuales tendrán una expresión elevada.

• Adenovirus: virus ADN bicatenarios sin envoltura, con nucleocápside icosaédrica de la que parten filamentos proteicos para el reconocimiento de la célula diana. Su ciclo replicativo es sencillo: se une a un receptor de membrana específico para después ser endocitado. Su cápside desestabiliza el endosoma, que se rompe y libera las partículas virales al citoplasma. Así, las nucleocápsides llegan a la membrana nuclear y son capaces de introducir el genoma viral a través de los poros nucleares.

• Ventajas: infectan todo tipo de células, tanto si se dividen como si no y son estables y fáciles de purificar y concentrar.

  Inconvenientes: toxicidad a dosis altas, generan una fuerte respuesta inmune y la duración de la expresión es limitada, sobre todo en células en división. Son los más utilizados in vivo, cuando no se requiere una expresión duradera del gen.

• Adenoasociados (AAV):Son muy recientes y son producto de la modificación de los adenovirus. Funcionan como integrativos y no integrativos de la siguiente forma: por una parte, cuando son introducidos junto a otros vectores como herpes virus o adenovirus no se integran en el genoma de la célula (no integrativos). Por otra parte, cuando son introducidos sin ningún otro vector se dirigen al brazo largo del cromosoma 19 (integrativos). En ambas situaciones, el virus muere con la célula, por lo tanto, tendrá una vida larga si la célula diana la tiene. Nunca se transmite de una célula a otra cuando esta sufre el proceso de mitosis.

        - Marcaje celular

Consiste en introducir, junto con el gen terapéutico, uno o más genes que permitirán identificar y seleccionar aquellas células diana que hayan incorporado el transgén.

Uno de los  riesgo potenciales de la terapia génica es la posibilidad de aparición de complicaciones que requieran la suspensión del tratamiento. Por ello se ha desarrollado una alternativa que consiste en el doble marcaje de la célula con genes distintos de la secuencia de interés, es decir, la célula marcada lleva un gen foráneo que nos sirve de marcador, que permite seleccionar in vitro las células que han tomado el ADN exógeno o conocer in vivo el grado de transfección y otro gen que permite hacer una selección negativa in vivo de las células marcadas.

4. Ética

La ciencia y la tecnología avanzan a pasos agigantados, sin frenos, sin límites. Y las nuevas terapias génicas que acabamos de explicar son un ejemplo de ello.

Está claro que un buen uso de esta nueva ciencia significa un gran progreso en el ámbito de las ciencias de la salud. Concretamente, en la calidad de vida de muchas personas con enfermedades que no tienen cura a día de hoy, véase la distrofia muscular de Duchenne, de Becker, el cáncer etc.

Sin embargo, la cara oculta de la moneda aparece con otros usos de estas tecnologías, como la manipulación y la introducción de estos nuevos genes modificados en seres humanos “sanos”.

Utilizando el término sano con el significado de que dichas personas no tienen la necesidad de ser modificadas ni tratadas.

Por lo tanto, estaríamos al nivel de “Atletas mutantes” por ejemplo, y haciendo referencia al título del documental visto en clase, ya que uno de los supuestos usos que se le puede dar (o clandestinamente se le da) a esta terapia, es la mejora de la oxigenación y resistencia en los músculos de los atletas mediante un gen que aumenta la producción de glóbulos rojos en la sangre.

Además, no solo es una artificialización de las capacidades humanas, sino que también repercute en la salud a largo plazo. Usando el mismo ejemplo, está comprobado que el uso de ese gen en ratas resulta en un acortamiento de la vida de un 50% y otras patologías asociadas.

Ahora que el hombre puede ejercer un dominio sobre los seres vivos como nunca tuvo - y lógicamente también sobre su propio cuerpo -, pudiendo tomar en sus manos el curso del proceso evolutivo ¿qué debe hacer o que no debe hacer?.