La finalización del Proyecto de Genoma Humano constituyó uno de los logros científicos más relevantes de comienzos del siglo XXI, gracias a la acción coordinada de los países desarrollados y el avance de la ciencia y la técnica y en especial de la bioinformática. Su impacto abarca todas las esferas de la sociedad. Su aplicación en la medicina posibilitará la comprensión de la biología molecular de las enfermedades, la prevención y el diagnóstico de diversas entidades y mejores formas de tratamiento como la terapia diana y génica.
Impacto social del Proyecto de Genoma Humano. Social Impact of Human Genome Project.
Pedro Enrique Miguel Soca1, Leonor Amanda Cruz Lage2, Idania Peña Pérez3, Leticia Salinas Ojeda4.
1 Profesor Instructor de Bioquímica Clínica. Departamento de Ciencias Fisiológicas. Facultad de Ciencias Médicas “Mariana Grajales Coello” (FCMH), Holguín, Cuba.
2 Profesora Auxiliar de Agentes Biológicos. Departamento de Ciencias Morfológicas. FCMH.
3 Profesora Instructora de Bioquímica Clínica. Departamento de Ciencias Fisiológicas. FCMH.
4 Profesora Instructora de Bioquímica Clínica. Policlínico “Pedro del Toro”, Holguín, Cuba.
Resumen
La finalización del Proyecto de Genoma Humano constituyó uno de los logros científicos más relevantes de comienzos del siglo XXI, gracias a la acción coordinada de los países desarrollados y el avance de la ciencia y la técnica y en especial de la bioinformática. Su impacto abarca todas las esferas de la sociedad. Su aplicación en la medicina posibilitará la comprensión de la biología molecular de las enfermedades, la prevención y el diagnóstico de diversas entidades y mejores formas de tratamiento como la terapia diana y génica.
Palabras clave: genoma humano, impacto social.
Key words: human genome, social impact.
Introducción
El desarrollo científico y tecnológico es uno de los factores más influyentes en la sociedad contemporánea1. La globalización mundial, polarizadora de la riqueza y el poder, sería impensable sin el avance de las fuerzas productivas que la ciencia y la tecnología han hecho posibles. Estos problemas son sociales, enmarcados por la sociedad en un binomio interactivo que representa un elemento esencial de la actual civilización tecnológica1.
La función de la ciencia se vincula con la adquisición de conocimientos, al proceso de conocer, cuya ideal es la verdad. La técnica se refiere a los procesos operativos útiles desde el punto de vista práctico para determinados fines. La investigación es la actividad de producción de conocimientos a partir de modelos, leyes, teorías, equipos, instrumentos, experiencias y habilidades, creados por el hombre con el fin de explicar y manipular1. Los científicos apelan a esos recursos desarrollados no sólo en sus campos de investigación, sino utilizando los que provienen de otros.
En los últimos años se ha producido un vertiginoso desarrollo de la ciencia y la tecnología que han llevado a la culminación del Proyecto de Genoma Humano (PGH), el primer proyecto internacional coordinado entre países desarrollados para estudiar un problema biológico de gran importancia para la vida de los seres vivos: la ubicación de los genes en el ácido desoxirribonucleico o ADN. Su objetivo inicial fue la localización exacta de los 3000 millones de pares de bases nitrogenadas que contiene el ADN humano, o sea la determinación de los genes contenidos en los 46 cromosomas2. La terminación de este megaproyecto no hubiera sido posible sin el gran avance de la ciencia y la tecnología.
El 14 de abril de 2003 se anunció la finalización del Proyecto de Genoma Humano, aunque quedan por precisar algunas regiones del genoma y sobre todo por identificar aspectos medulares del funcionamiento de los genes y de sus productos, las proteínas2.
Como toda actividad humana, la investigación del genoma humano y sus aplicaciones médicas, que ya aparecen tan vastas, ocurre en contextos sociales e históricos determinados. Si examinamos el escenario mundial, no cabe duda que su principal característica es la desigualdad social y económica, las enormes distancias que existen entre países ricos y pobres y dentro de las propias naciones, entre minorías ricas y mayorías pobres, situación que se presenta tanto en países desarrollados como en los llamados "en vías de desarrollo".
Esta revisión persigue como objetivos destacar el papel socializador del Proyecto de Genoma Humano y su aplicación a la medicina, en especial en el diagnóstico, pronóstico y tratamiento de diversas afecciones humanas, en la fabricación de medicamentos más específicos y en la terapia génica. Los aspectos éticos, por su extensión, no se desarrollarán en este trabajo.
La ciencia y la economía.
El sistema económico actual está caracterizado por la globalización de los procesos productivos, comerciales y financieros, la disminución del componente materia prima en los costos, la necesidad de fuerza de trabajo calificada, el incremento de los costos de investigación-desarrollo, la contracción del tiempo de obsolescencia de los productos, el incremento en el comercio de bienes intangibles, y el reforzamiento de la protección de la propiedad intelectual. En tal contexto, la competitividad se hace función de la velocidad de los procesos y ésta a su vez es función de la innovación3.
Lo que está ocurriendo es un desplazamiento del centro de gravedad de los sistemas económicos, de la capacidad comercial a la productiva, de ahí a la tecnología y de la tecnología a la capacidad de creación de nueva tecnología, es decir, a la investigación científica. En el mundo interconectado de hoy, la soberanía de las naciones no puede apoyarse solamente en una capacidad de supervivencia autosuficiente, sino que requiere de una capacidad de sembrar mensajes significativos para el resto de la humanidad3.
El acceso de los seres humanos a un nivel adecuado de investigación, que les permita comunicaciones fructíferas en este plano con otros, forma parte del objetivo general de revertir la concentración de poder en el mundo. Seguramente no es lo único que debe hacerse, ni quizás lo más importante, pero es un objetivo que tiene que estar en la agenda3.
La ciencia y la tecnología son procesos sociales marcados por la civilización donde han crecido; el desarrollo científico requiere de una estimación cuidadosa de sus fuerzas motrices e impactos, un conocimiento de sus interrelaciones con la sociedad1. El nuevo paradigma tecnológico conectado al proceso de globalización plantea retos extraordinarios a los países del Sur. La brecha entre desarrollados y subdesarrollados tiende a profundizarse y deviene irreversible. Sin duda el poderío científico y tecnológico está jugando un activo papel en esos procesos de polarización de la riqueza y el poder. El Proyecto de Genoma Humano, resultado del desarrollo científico alcanzado por la humanidad, también es un proceso social, lo que significa que es una compleja empresa en las que los valores culturales, políticos y económicos ayudan a configurar el proceso que, a su vez, incide sobre dichos valores y sobre la sociedad que los mantiene1.
Historia del proyecto
Las actividades del Proyecto de Genoma Humano se inician en 1984, cuando Robert Sinshheimerm, rector de
El Proyecto de Genoma Humano en su comienzo, enfrentó a dos grupos de científicos: por un lado, los biólogos moleculares de las universidades y por otro, aquellos de los institutos de investigación del NIH (National Institute of Health), organismo estatal que recibía casi todos los fondos de la investigación biomédica. La disputa se centró en la preocupación de los científicos por la magnitud y costos de la empresa. En efecto, aunque no existía ninguna duda de que la iniciativa representaría un avance importante, existían discrepancias en la definición de las vías más adecuadas para lograr los objetivos propuestos. Para comenzar a desarrollar el Proyecto, el NIH destinó 28,2 millones de dólares para el período 1988-1989 y el DOE, sólo 10 millones menos. Por su parte, el gobierno de EE.UU. comprometió recursos por 3.000 millones de dólares para 15 años y dispuso que un porcentaje de los aportes internacionales se canalizara al estudio de los aspectos éticos y las repercusiones sociales del Proyecto de Genoma Humano 7.
En el año 1988, James Watson ocupó el cargo de Director Ejecutivo de
Desde la presidencia de Reagan, cuando las tendencias neoliberales alcanzaron su mayor auge, se había autorizado la patente de compuestos naturales, descubiertos gracias a tecnologías de avanzada. No es extraño, por lo tanto, que entre los investigadores se produjera un movimiento para patentar los fragmentos obtenidos, incluso antes de que se conociera su utilidad. Ante tal perspectiva, James Watson renunció en 1992 al cargo de director8. El interés del resto de las naciones creció en forma notable. En Cold Spring Harbor (EE.UU.), los investigadores decidieron fundar
El primer director de esta organización fue el genetista norteamericano Víctor McKusic, destacado por sus importantes aportes al conocimiento de la genética humana. Al primer director de HuGO, le sucedió el investigador inglés sir Walter Bodmer, en ese momento director del Fondo Imperial para
En mayo de 1998, se estableció la primera empresa comercial del proyecto: Celera Genomics, surgida por la unión de TIGR con Applied Biosystem para comercializar los resultados de sus descubrimientos.
La secuenciación del genoma humano se transformó en una actividad frenética en los laboratorios. Se trataba de secuenciar fragmentos de cromosomas humanos e incorporar sus secuencias a las bases de datos de HuGO, para patentarlas7.
Desde los inicios del Proyecto de Genoma Humano, se acordó desarrollarlo a través de dos vías independientes:
1. Secuenciación. Actividad relacionada con la definición de la posición en que se encuentran dispuestos los nucleótidos en la molécula de ADN.
2. Cartografía o mapeo génico. Procedimiento que consiste en la localización de los genes en cada uno de los 23 pares de cromosomas del ser humano. Esta etapa tuvo su primer cierre en 1998, y cada día recibe nuevos aportes, que aunque menores, incrementan notablemente el conocimiento sobre el tema7.
Debido a la amplia colaboración internacional, a los avances en el campo de la genómica y de la tecnología informática, un borrador inicial del genoma fue terminado en el año 2000. El desarrollo de la tecnología, además de lograr la secuenciación del ADN dos años antes, permitió que este resultado se lograra a un costo menor, ya que se calculaba que se secuenciarían 500 (megabases) Mb por año con un costo de 0,25 dólares por base terminada, y finalmente fueron 1.400 Mb por año a 0,09 dólares. Finalmente 15 y 16 de febrero de 2001, dos prestigiosas revistas científicas, Nature y Science, publicaron la secuencia definitiva del Genoma Humano, con un 99,9% de confiabilidad y casi un año antes de lo que se había presupuestado y prometido7.
Este logro, que abre una nueva era en la lucha contra las enfermedades, fue anunciado consecutivamente en China, Japón, Francia, Alemania, el Reino Unido y Estados Unidos. Para conseguir este hito, que corona un siglo de investigación biológica, el proyecto público internacional y el privado de la empresa estadounidense Celera Genomics abandonaron la pugna que mantenían y decidieron anunciarlo conjuntamente.
Características del genoma.
Los objetivos iniciales del Proyecto de Genoma Humano fueron los siguientes7:
Identificar los genes en el ADN humano. El genoma humano está formado por unos 30.000 genes9. Esta cifra es dos o tres veces mayor que el encontrado en
Determinar la secuencia de las bases nitrogenadas que constituyen el ADN humano. El objetivo de secuenciar el genoma del ser humano, ha revelado que está constituido por cerca de 3.000.000 de pares de bases nitrogenadas, una cifra similar a la que poseen otros vertebrados como la rata. El desafío que se plantea en estos momentos, es lograr descifrar las funciones de todas las proteínas codificadas por los genes, una tarea ardua que ocupará el interés de muchos investigadores.
Mantener a resguardo la información anterior construyendo y administrando bases de datos de acceso público. La creación de bases de datos con toda la información generada por el Proyecto de Genoma Humano, es una realidad concreta en estos momentos. En efecto, en estos días es posible ingresar vía Internet a estas bases de datos, sitios de libre acceso para conocer aspectos de alto interés y comparar secuencias de genomas de diversas especies de animales y vegetales. Mediante el uso de esta información, será posible determinar la función de cada gen y determinar cómo las mutaciones interactúan con factores ambientales
Transferir tecnología al sector privado. Con relación a la transferencia de tecnologías al sector privado, se ha producido una fuerte corriente de liberación de derechos que estuvieron en organismos estatales, buscando aumentar la productividad del sector privado. Este hecho, para algunos una iniciativa aplaudida, genera también ciertas reticencias en otros, ya que no es posible concluir si se logrará real aprovechamiento de los beneficios de estas transferencias o si ésta sólo incrementará el poder de ciertos grupos económicos
Supervisar los temas éticos, legales y sociales que se pudieran derivar del proyecto. Este objetivo es un tema de gran controversia, ya que ha implicado el trabajo de un importante número de laboratorios y de sus investigadores y la inversión de grandes recursos. Este es un aspecto que debe ser tenido en cuenta al evaluar la propiedad de los conocimientos generados por el Proyecto de Genoma Humano y constituye un tema interesante de discusión.
Beneficios del proyecto.
La humanidad se enfrenta al peligro de su propia desaparición como especie. El producto de millones de años de evolución y civilización está amenazado y la vida está a punto de extinguirse de forma lenta e irreversible. Los cambios globales, las desertificaciones, la pérdida de la biodiversidad, los cambios climáticos y las enfermedades más agresivas para el hombre, las plantas y los animales, son expresiones de este deterioro. También se está produciendo un acelerado desarrollo científico-técnico que incide directamente en un mayor conocimiento de los fenómenos biológicos. Esto abre nuevas posibilidades para poder enfrentar estos graves retos. Sin embargo, este conocimiento está concentrado en los países de mayor desarrollo, que representan menos de la cuarta parte de la población del planeta y son los propietarios del desarrollo tecnológico2.
La aplicación de los resultados del Proyecto de Genoma Humano deberá estar dirigida a la solución de los problemas de toda la humanidad y no de una parte minoritaria, lo que significa que estos adelantos deben beneficiar a los países pobres y a las mayorías excluidas en los países ricos, un reto de orden político y ético2. El uso de los conocimientos del genoma posibilitará aumentar la calidad de la atención médica. Esto hace que el tamizaje genómico poblacional, es decir, el estudio de los genomas y la identificación de los genes de toda la población se convierta en la herramienta básica de la medicina contemporánea, en especial en 4 campos: la comprensión de las bases moleculares de las enfermedades, la prevención y el diagnóstico, el diseño de fármacos específicos y la terapia génica.
I- Comprensión de la base molecular de las enfermedades
Con el uso de ratones transgénicos se han logrado modelos de numerosas enfermedades, sobre todo las que afectan al sistema inmune y al desarrollo embrionario. El avance en el Proyecto de Genoma Humano impulsa la necesidad de disponer de técnicas capaces de rastrear ADN en busca de mutaciones asociadas con enfermedades. En los próximos años se habrán identificado la mayor parte de los genes implicados en importantes enfermedades10. Uno de los retos de la medicina será hacer uso de esa información para mejorar el diagnóstico y pronóstico. Los métodos para detectar mutaciones son:
- Hibridación de oligonucleótidos específicos de alelos.
- Amplificación específica de alelos (PCR, o con reacción en cadena de la ligasa, LCR).
- Procedimientos que crean o destruyen sitios de restricción.
La detección de mutaciones es una tarea muy ardua, aunque se han desarrollado algunas estrategias. Sin embargo, lo más frecuente es la identificación de alteraciones en múltiples sitios dentro de segmentos de ADN de secuencias conocidas. De modo ideal, el procedimiento tendría que ser fiable, rápido, barato, y proporcionar información exacta sobre la posición y naturaleza de la mutación, así como requerir poco esfuerzo, ser automatizable y no usar reactivos peligrosos. Ninguno de los métodos actuales cumple este criterio. La secuenciación sería el método definitivo, pero sigue requiriendo mucho trabajo, y los métodos automatizados de alto rendimiento son caros.
Otro de los avances más prometedores son los "chips" de oligonucleótidos: ordenaciones de oligonucleótidos unidos a soportes semisólidos. El ADN marcado puede hibridarse a los oligos del chip, de modo que el patrón de hibridación se puede analizar por fluorescencia. Como se conoce la secuencia y posición de cada oligo en el chip, se puede determinar la posición y la naturaleza de cada mutación.
La comprensión de las bases moleculares de las enfermedades tiene importancia científica para incrementar los conocimientos teóricos e implicaciones clínicas para una mejor atención de los pacientes. Un caso notable de nuevas perspectivas que se pueden abrir con el diagnóstico molecular es el Proyecto de Anatomía Genómica del Cáncer que pretende realizar un catálogo de los genes expresados en las células tumorales. Se trata del último ejemplo de matrimonio entre ciencia genómica e informática, con consecuencias trascendentales en el ámbito clínico. Los investigadores quieren determinar cómo cambia la expresión génica conforme progresa el cáncer y comprender cómo surgen los tumores. Se espera que se pueda obtener un índice genético de las neoplasias, de modo que el clínico no sólo dependa de la anatomía patológica, sino que el diagnóstico, pronóstico y tratamiento se pueda asentar en un conocimiento más adecuado de la expresión génica. La idea de que se puedan identificar los genes alterados en el cáncer es muy atractiva para clasificar tumores e identificar dianas para la terapia10. Otro ejemplo es la enfermedad de Alzheimer, cuyas causas se están esclareciendo con el descubrimiento del acúmulo anómalo de las proteínas beta-amiloide y tau en el cerebro de los enfermos. En una minoría de enfermos con evolución precoz, aparecen mutaciones en los genes PSEN1, PSEN2 y APP.
II- Prevención y diagnóstico
La forma más eficaz de realizar la prevención de una enfermedad es su diagnóstico temprano con la identificación del riesgo, para prevenirla o retrasar su desarrollo. Si la alteración se detecta antes del nacimiento se trata de un diagnóstico prenatal, si ocurre después del parto se refiere al postnatal. El diagnóstico puede realizarse antes de la aparición de los síntomas, lo que se conoce como diagnóstico presintomático.
Diagnóstico prenatal: Una técnica para este diagnóstico es la amniocentesis. Durante el embarazo, el feto se desarrolla en un saco amniótico envuelto en dos membranas: el amnios interno y el corion externo. El saco está lleno de líquido amniótico producto de las secreciones del feto. Este líquido contiene células de descamación de los epitelios fetales, que se conocen como células del líquido amniótico o amniocitos. La amniocentesis se realiza a madres con alto riesgo porque es una prueba invasiva que requiere penetrar dentro del útero con una aguja fina a través del abdomen de la gestante. Esta técnica ha dado una nueva dimensión al consejo genético pues posibilita al médico tener una mayor certeza de los resultados2. La posibilidad de establecer con suficiente antelación si un individuo es portador de una mutación en un gen; es decir, si presenta una predisposición genética, constituye uno de los principales aportes del estudio del genoma a la salud pública porque permite aplicar medidas para evitar o retrasar la aparición de la enfermedad. Así, en unos casos puede recomendarse la terapia génica (TG), en otros pueden identificarse los factores ambientales como la exposición a ciertas sustancias o alimentos o modificarse hábitos de vida2.
La predisposición a una enfermedad se detecta más fácil cuando es monogénica como es el caso de la fibrosis quística, la enfermedad de Tay-Sachs, la enfermedad de Huntington y en trastornos cromosómicos como el síndrome de Down. Cuando se afectan múltiples genes la cuestión es más compleja, ya que se hace más difícil la identificación del problema y la posibilidad de intervención directa. Un ejemplo es la diabetes, donde se han identificado, como mínimo, tres genes contribuyentes al desencadenamiento de la enfermedad. El diagnóstico prenatal identifica defectos severos del nacimiento, hepatitis B, hepatitis C, sífilis, HIV y toxoplasmosis y el diagnóstico neonatal puede detectar el hipotiroidismo congénito, la fenilcetonuria, la deficiencia de biotinidasa, la galactosemia, lo que facilita la toma de medidas más eficaces para una vida más sana de los niños2.
Diagnóstico presintomático: La identificación, a través del Proyecto de Genoma Humano, de genes y sus mutaciones, ha permitido el diagnóstico de un número creciente de enfermedades mendelianas, así como la detección de portadores asintomáticos, pero con riesgo de transmitir una enfermedad a su descendencia. Aún en individuos que tienen la enfermedad, el diagnóstico puede hacerse antes de que se presenten las manifestaciones clínicas. De hecho, la pregunta diagnóstica en la práctica actual de la medicina "qué enfermedad tiene esta persona" será reemplazada por la pregunta orientada a la prevención "cuál persona puede llegar a tener esta enfermedad". La limitación para este enfoque es que la capacidad diagnóstica sobrepasa a la terapéutica11.
Esto plantea problemas éticos y legales en entidades que no tienen tratamiento, como en la enfermedad de Huntington, que se presenta en adultos, con degeneración del sistema nervioso central y muerte temprana. Un éxito importante en 1993, fue la localización del gen de esta enfermedad, llamado "gen tartamudo", porque una determinada secuencia de nucléotidos (en este caso la secuencia CAG) se repite entre 11 y 34 veces en el gen normal, pero entre 37 y 100 veces en el defectuoso8. Cuando hay entre 80 y 100 copias, la enfermedad puede adelantar su expresión, incluso en la infancia.
Otro ejemplo, es la hipertensión arterial provocada por exceso de sal. De hecho existe evidencia de genes relacionados con esta condición. El problema es, que a diferencia de la enfermedad de Huntington provocada por un solo gen, habría que buscar mutaciones en quizás decenas de genes que intervienen en la regulación de la presión arterial, y el resultado podría no tener el mismo poder predictivo. Así, una de las expectativas principales del Proyecto de Genoma Humano no ha podido llevarse a la práctica clínica diaria11.
Todas las enfermedades tienen un componente genético, sea hereditaria o resultante de la respuesta a agentes ambientales como los virus y las toxinas12. El éxito del Proyecto de Genoma Humano en la detección de genes que causan o contribuyen a las enfermedades, puede desarrollar nuevas vías para tratar, curar o prevenir las miles de enfermedades que afligen a la humanidad, aunque el camino desde la identificación genética hasta los tratamientos efectivos presenta grandes desafíos12. Ahora las compañías biotecnológicas han diseñado diversas pruebas diagnósticas para detectar genes anormales en personas sospechosas de enfermedades o con alto riesgo. El estudio del genoma ha permitido el diseño de biomarcadores para evaluar la susceptibilidad a enfermedades como el cáncer de mama13.
La realidad actual es que muchas enfermedades genéticas pueden ser tratadas con un grado razonable de éxito, si se diagnostican precozmente. Un ejemplo ilustrativo son los errores innatos del metabolismo:
III- Terapia farmacológica
Las próximas décadas los investigadores correlacionarán las variantes del ADN con las respuestas individuales a los tratamientos médicos, con la identificación de subgrupos de pacientes y el desarrollo de fármacos. Esta disciplina que relaciona la farmacología con la genómica se denomina farmacogenómica. Más de 100 000 personas mueren cada año por los efectos adversos de los medicamentos y otros 2,2 millones experimentan serias reacciones. Las variantes de ADN en los genes involucrados en el metabolismo de los medicamentos, especialmente la familia multigénica del citocromo P450, constituyen el foco de la investigación actual en esta área. Las enzimas codificadas por estos genes son responsables de la metabolización de la mayoría de las drogas, utilizadas para la terapia de enfermedades cardiovasculares, neurológicos y psiquiátricos.
La función enzimática afecta la respuesta de los pacientes a los fármacos y sus dosis. Los futuros avances permitirán aplicar pruebas rápidas para determinar el genotipo de la persona y guiar el tratamiento con más efectivas drogas y menos efectos indeseables. Otra ventaja de este enfoque, será la producción de medicamentos más baratos.
La identificación de alteraciones biológicas básicas, originadas en mutaciones de genes específicos, permitirá que el tratamiento con medicamentos, se haga en forma dirigida, neutralizando las alteraciones causales y modificando favorablemente el curso de la enfermedad en forma más efectiva que con los tratamientos estándares, generalmente orientados a aliviar los síntomas. Esto requiere sin embargo, la identificación de las alteraciones provocadas por el gen a nivel de la proteína que codifica y de las vías metabólicas en la célula, lo cual apenas se está empezando a vislumbrar para un número reducido de enfermedades11. Por otro lado, el Proyecto de Genoma Humano abre la probabilidad de que la dosis de cualquier medicamento pueda individualizarse "a la medida" de la capacidad de cada organismo, determinada genéticamente, para metabolizar determinado medicamento, lo cual sin duda eliminaría o minimizaría los efectos secundarios indeseables. De esta manera el médico contaría con un perfil genético del paciente antes de iniciar un tratamiento11.
Las exploraciones en la función de cada gen humano, uno de los principales desafíos del siglo XXI, permitirá el conocimiento del papel de los genes en las enfermedades. Este desarrollará una nueva generación de agentes terapéuticos cuya diana serán los genes. Este diseño de medicamentos está revolucionando el enfoque tradicional de tratamiento pues estas drogas dirigidas a sitios específicos del cuerpo prometen tener menores efectos colaterales12. Esta medicina personalizada deberá marcar la terapia del futuro.
IV- Terapia génica
La terapia génica es el conjunto de procedimientos que permiten la introducción de genes normales dentro de las células de un organismo, mediante las tecnologías de transferencia de genes (TTG)14, con el objetivo de corregir defectos genéticos responsables del desarrollo de enfermedades12. Esta aproximación es revolucionaria en la terapéutica, ya que hasta hace poco tiempo el material genético de los seres humanos era inaccesible a algún tipo de corrección o tratamiento. Esta terapia está recibiendo un gran interés de compañías farmacéuticas y centros de investigación de Europa, Estados Unidos y Japón. En 1992, este mercado se estimó en 1,2 billones de dólares y se calcula que para el 2015 alcance los 45 billones de dólares. En el 2002 se estaban aplicando más de 600 ensayos clínicos de terapia génica a unos 3500 pacientes, principalmente en EE.UU (81%) y Europa (16%), la mayoría enfocados en el cáncer.
Aspectos que debe procurar
¿Cómo hacer que el gen deseado llegue hasta el núcleo de las células de un organismo vivo y se exprese en el momento y lugar precisos? Esta es la pregunta clave de la terapia génica, y toda la futura perfección que pueda alcanzar depende casi por completo de la resolución de este problema. Por tanto, esta terapia debe:
1.- Suministrar una transferencia génica eficiente y precisa.
2.- Garantizar una expresión génica persistente y bien regulada.
3.- Procurar una adecuada localización subcelular y un procesamiento del producto génico14.
Los genes normales que reemplazan los defectuosos se pueden obtener a partir de las bibliotecas de genes. Estos genes pueden ser llevados a la célula por medio de los llamados vehículos o "vectores", denominados así por su similitud con los agentes biológicos que transmiten enfermedades. La palabra vector se utilizaba para designar a los plásmidos o a los virus modificados que se utilizaban como vehículos que transportaban el gen deseado. El mismo ha pasado a ser un término genérico que involucra los diversos medios, ya sean biológicos, químicos o físicos, por medio de los cuales se puede hacer llegar el gen a la célula, aunque algunos prefieren reservar el término vector para los vehículos biológicos.
Los vectores virales se basan en el principio de que los virus son fragmentos de ADN o ácidos ribonucleicos o ARN encapsulados que ingresan a las células y dirigen la maquinaria celular para sus propósitos de reproducción. Estos virus están formados por varios genes y pueden ser modificados por ingeniería genética, extrayéndoseles aquellos que les confieren sus características dañinas e intercambiándose por los genes deseados, sin que pierdan la capacidad de encapsularse, pero sí la de autorreproducirse en el individuo. Se cultivan y se purifican en medios celulares hasta que se verifica su inocuidad. Estos virus irán a una gran cantidad de células del organismo, depositando su material genético en el núcleo, el cual se expresará como proteínas. Los principales vectores virales son los retrovirus y los adenovirus14. Los retrovirus son capaces de crear copias de ADN de doble cadena a partir de sus genomas, que pueden integrarse a los cromosomas de las células huéspedes como el virus de inmunodeficiencia humana (HIV). Los adenovirus presentan genomas de ADN de doble banda, responsables de infecciones respiratorias, intestinales y de los ojos en seres humanos12.
Los métodos de transferencia no virales fueron desarrollados como alternativa, debido a ciertos inconvenientes que presentan los vectores virales. Entre los principales encontramos los liposomas y el DNA desnudo. Los liposomas son microesferas con una membrana lipídica que rodea un medio acuoso interno. Hay dos tipos: los liposomas catiónicos, que están cargados positivamente y que interactúan con el ADN (de carga negativa) para formar un complejo estable. Este complejo puede entrar a las células luego de su administración endovenosa. Por otro lado, los liposomas con carga negativa no forman complejos con el ADN, sino que lo atrapan, formando una cápsula. Entre sus ventajas está que pueden llevar grandes fragmentos de ADN, tan largos como el tamaño de un cromosoma, a diferencia de los vectores virales, que llevan un ADN de longitud más pequeña14. El ADN desnudo consiste en inyectar directamente plásmidos, es decir, constructos de ADN confeccionados por ingeniería genética, que se expresan en los tejidos luego de su administración.
Aplicaciones de la terapia génica
La terapia génica involucra la manipulación genética del organismo humano, y por lo tanto podría ser utilizada, en principio, en cualquier enfermedad que haya surgido por la modificación de un factor genético, ya sea de tipo heredado, como las enfermedades monogénicas, como las enfermedades con herencia multifactorial (en las que hay una influencia de los genes y el ambiente, como en la hipertensión, la diabetes y la enfermedad coronaria) o de tipo adquirido (cáncer, SIDA, artritis). También podría utilizarse en el mejoramiento de los procesos de curación y regeneración tisular, y en el tratamiento de enfermedades neurológicas degenerativas como la enfermedad de Parkinson y de Alzheimer14. En la actualidad existen más de 4000 enfermedades genéticas candidatas a ser tratadas mediante procedimientos de terapia génica 2.
Aunque esta lista parece excesiva, lo cual podría hacer aparecer a la terapia génica como panacea, hay numerosos experimentos en animales (fase preclínica) y estudios clínicos que arrojan resultados prometedores, anunciando así una verdadera era de la terapéutica. La mayoría de los protocolos clínicos son de fase I. Éstos consisten en determinar cuál es la máxima dosis de un nuevo medicamento tolerada por los pacientes14.
En 1990, se aplicó la primera terapia génica aprobada por
En la fibrosis quística, utilizando adenovirus administrados en aerosol, ha habido una mejoría parcial de los pacientes, presentándose la respuesta inmune del huésped y una baja eficiencia de los vectores como el principal impedimento en estos tipos de terapia. En casos de hemofilia B ha habido corrección completa en perros durante 5 meses y de la hemofilia A también en animales de experimentación durante 2 semanas, tiempo que dura la expresión de los genes transducidos.
Un paciente de 29 años con hipercolesterolemia familiar, sin receptores funcionantes para lipoproteínas de baja densidad (LDL), fue tratado con transfusión en la vena cava inferior de hepatocitos modificados por medio de vectores ex vivo. En este caso la hipercolesterolemia fue parcialmente corregida durante los 18 meses siguientes, con una disminución de la relación LDL/HDL, la cual descendió de
En las enfermedades genéticas con herencia multifactorial, las interacciones entre genes y ambiente son complejas, lo que podría dificultar los esfuerzos para desarrollar una terapia génica efectiva. Sin embargo, varios experimentos demuestran que sería posible incidir en el mecanismo fisiopatológico de estas enfermedades. En ratas con daño de la carótida en las cuales se transfecta el gen de la óxido nítrico sintetasa, disminuye la proliferación de la íntima y se incrementa la producción de óxido nítrico14. Asimismo, en ratones deficientes en leptina y que exhiben obesidad y diabetes mellitus no insulinodependiente, al ser infectados con adenovirus con el gen normal, presentan disminución del peso y de la glicemia.
En
Aplicaciones de la terapia génica: cáncer.
El conocimiento de los genes implicados en el cáncer como los oncogenes, supresores tumorales y de reparación del ADN es un logro indiscutible del Proyecto de Genoma Humano, con importantes implicaciones clínicas en el diagnóstico, pronóstico y tratamiento de esta grave enfermedad16.
Tradicionalmente el tratamiento del cáncer emplea la quimioterapia, la cirugía y la radioterapia, radiación o cirugía. La terapia génica es una cuarta estrategia que en algunos casos ha logrado disminuciones en el tamaño de los tumores. Más de la mitad de los estudios clínicos para la terapia génica están dirigidos al cáncer. Los principales métodos son14:
1. Aumento de la respuesta inmune antitumoral (terapia inmunogénica). Está basada en la habilidad del sistema inmune para atacar el cáncer. Consiste en "educar" a las células del sistema inmune que han sido removidas del paciente, para que "adopten" características que les permitan destruir a las células cancerosas del paciente.
2. Introducción de genes activadores de drogas dentro de las células tumorales o terapia de genes suicidas. Consiste en la incorporación de genes que codifican para la susceptibilidad a drogas, que de otra manera no serían tóxicas. Esto lleva a la producción de enzimas que convierten prodrogas (ganciclovir, 5-fluorocitocina) en metabolitos que destruyen a las células tumorales.
3. Normalización del ciclo celular. Consiste en la inactivación de oncogenes mutados, como el ras, o en la reexpresión de antioncogenes inactivos como el p53.
4. Manipulación de las células de la médula ósea. Es utilizada principalmente en desórdenes hematológicos, y consiste en transferir a las células progenitoras hematopoyéticas genes de quimioprotección (genes de multirresistencia a drogas, los cuales permiten administrar dosis más altas de quimioterápicos) o de quimiosensibilización, entre otros.
5. Incremento del efecto circundante. Este efecto se ha observado en la terapia de genes suicidas, en que, aunque sólo se infectan con los vectores 1 de 10 células, las células tumorales que no son infectadas también mueren. Se piensa que por procesos de comunicación intercelular, las células con la información letal transmitirían señales a sus vecinas que desencadenan el fenómeno de apoptosis. Se están investigando los mecanismos de este efecto y la manera de incrementarlo.
6. Uso de ribozimas y tecnología antisentido. Las ribozimas son ARN con actividad catalítica que incrementan la degradación del ARN recién traducido y disminuyen proteínas específicas no deseadas, factor a veces asociado a alteraciones tumorales. La tecnología antisentido se refiere a oligonucleótidos de ARN que no tienen actividad catalítica, pero complementarios a una secuencia génica. Estos oligonucleótidos podrían actuar por diferentes mecanismos:
a. Bloqueo del procesamiento del ARN. El ARN que ha sido transcrito, antes de ser traducido a proteína, debe sufrir modificaciones para originar un ARN maduro. Bloqueando este procesamiento podemos impedir que se produzca una proteína nociva.
b. Impedimento del transporte del complejo RNA-sin sentido al citoplasma.
c. Bloqueo del inicio de la traducción.
Hay numerosos protocolos de aplicación de estas técnicas a la práctica clínica. Entre ellos tenemos un estudio fase I de pacientes con melanoma maligno, en el cual se modificaron células del melanoma con genes interferón-gamma, inactivados y criopreservadas para utilizarse en forma de vacuna. Se administraron dosis crecientes de células una vez cada dos semanas a 13 pacientes para observar su respuesta inmune. Ocho de ellos presentaron algún tipo de respuesta inmune. En dos pacientes con una respuesta inmune significativa hubo regresión tumoral, y otros dos, con menor respuesta, presentaron resolución transitoria de los nódulos14. Otros tumores sometidos a terapia génica son los tumores cerebrales, en especial los glioblastomas, que son las neoplasias primarias más frecuentes y devastadoras localizadas en el sistema nervioso central por su gran poder invasivo17.
Aplicaciones de la terapia génica: SIDA
El HIV, causante del síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA), presenta una transcriptasa inversa que convierte su ARN en ADN y lo integra a la célula huésped. Esto, aunado al hecho de la plasticidad genética del HIV, proporciona un gran reto para la terapia génica, siendo, después del cáncer, el tópico que agrupa el mayor número de ensayos. Los objetivos de la terapia génica en el tratamiento del SIDA son detener la replicación del HIV e impedir que el virus infecte a las células sanas14.
Estrategias:
1. Producción de vacunas anti HIV por medio de la introducción del virus para entrenar al sistema inmune a que reconozca los virus y los elimine. Esto tendría que ser realizado antes de que el paciente cayera en el estado de inmunosupresión.
2. La utilización de anticuerpos que impidan el ensamblaje de las partículas virales dentro de las células.
3. La terapia con genes suicidas, similar a la utilizada en el cáncer.
4. La introducción de genes que produzcan ribozimas que degraden el RNA viral.
5. La introducción de genes con mutaciones dominantes negativas, es decir, genes que produzcan proteínas similares a las virales, pero defectuosas, de manera que al involucrarse en la estructura y en las reacciones malogren el mecanismo viral de producir daño.
Situación en Cuba
En Cuba el estudio de la genómica tiene muchas ventajas para su desarrollo, dadas por el propio origen de nuestra población, una mezcla de diferentes etnias con la población aborigen que dio como resultado una amplia gama de combinaciones de genes y el acceso gratuito de la población a los servicios de salud. A modo de ilustración se ponen algunos ejemplos obtenidos por nuestro país en este campo. El Programa Nacional de Diagnóstico Prenatal Citogenético permite la detección de alteraciones cromosómicas como el síndrome de Down o trisomía 21 en mujeres con alto riesgo, en especial embarazadas añosas18.
En el Programa de Prevención de Anemia Falciforme, diseñado para el pesquisaje de hemoglobinas anormales, se detecta la sicklemia en las embarazadas en las áreas de salud en muestras maternas y fetales19. En el Centro Nacional de Genética Médica se realiza el diagnóstico prenatal del sexo mediante
En el Instituto de Neurología y Neurocirugía se estudian afecciones genéticas como la distrofia muscular de Duchenne, la más común y grave de las distrofias musculares, que pudiera ser útil para implantar una estrategia de prevención de la enfermedad basada en la búsqueda de deleciones en familias de alto riesgo y brindarse un diagnóstico prenatal directo21. El Centro de Inmunología Molecular produce diversos productos como el anticuerpo monoclonal anti CD3 para el tratamiento de pacientes con rechazo del trasplante de órganos, eritropoyetina humana recombinante para el tratamiento de la anemia, factor estimulante de colonias granulocíticas para el tratamiento de la neutropenia, anticuerpo monoclonal “humanizado” que reconoce el receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGF-R) para el tratamiento del cáncer, así como otros anticuerpos para el estudio de pacientes con cáncer y medicamentos para quimioterapia de enfermedades neoplásicas, además de un amplio panel de productos para la investigación in vitro de diferentes patologías. En el Centro de Investigaciones y Rehabilitación de Ataxia Hereditaria de Holguín se realiza el diagnóstico molecular de los portadores (diagnóstico presintomático) de la ataxia espinocerebelosa tipo 2 -SCA2, la forma molecular más frecuente en nuestro país, que se transmite con carácter autonómico dominante.
Conclusiones
Los objetivos que orientan el desarrollo de la ciencia mundial son definidos en su mayoría en los países desarrollados y según sus necesidades. Hay dos polos, en uno recae el peso y la orientación de la ciencia; en el otro, la debilidad de las instituciones científicas en los países subdesarrollados. No se trata de una situación coyuntural, sino estructuralmente afirmada que se consolida y ahonda, lo que justifica la tesis de que la polarización es una propiedad estable del sistema científico internacional. Los espectaculares avances en la bioquímica, la biología molecular, la ingeniería genética, la biotecnología y la informática abrieron el camino para incursionar en una de las hazañas más significativas de esta época: el esclarecimiento del genoma humano.
El estudio del genoma y de sus potenciales aplicaciones, tiene implicaciones tan amplias, que alcanzan ámbitos muy variados en áreas biológicas, sociales, económicas y culturales. Algunas de sus consecuencias pueden ser muy beneficiosas y otras probablemente dañinas para las nuevas generaciones. Por esta razón, es necesario considerarla un tema trascendental para nuestra generación y también requiere involucrar a toda la sociedad en su conocimiento y en consecuencia, ser discutida en todos los espacios que esta sociedad ofrezca.
El conocimiento del genoma humano ofrecerá nuevas formas de prevención, diagnóstico y tratamiento de las enfermedades, tal como la detección de individuos con alto riesgo genético para desarrollar ciertas enfermedades comunes. Se podrá alcanzar un uso rutinario del análisis genotípico para mejorar el cuidado de la salud. Así, se podrá evitar o retrasar la aparición de enfermedades que representan problemas prioritarios de salud. Cuba ha logrado avances en este campo tan prometedor gracias a una sabia política científica.
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