DE CHERNOBYL…..A WUHAN Reflexiones de un Biotecnólogo

Ferez Ruiz Xavier: Consultor técnico-científico de ADERAVA www.aderava.com

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La energía nuclear ha resultado ser un fracaso socioeconómico, tecnológico, medioambiental y de Salud, tres décadas después, aún no olvidamos el desastre de Chernobyl y como tuvieron lugar los acontecimientos previos y posteriores al peor desastre nuclear en la historia. Quizás en breve recordaremos los acontecimientos previos y posteriores a esta pandemia del COVID-19 y tal vez pondremos a debate las investigaciones recientes en biotecnología, en materia de las partículas víricas.

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Los virus, estos entes tan peculiares para un biólogo, pues determinan la frontera entre lo “no vivo” y lo “vivo”, un dilema que ha llevado y que seguirá llevando, a estos profesionales de la vida, a calurosos debates, nos acompañan desde los orígenes de la vida, desde las primeras fases de la evolución bioquímica hasta nuestros días.

Para bien o para mal es muy cuestionable postular sobre quien fue primero, la célula o el virus, el huésped o el hospedador, la gallina o el huevo. Sean un eslabón perdido de nuestra evolución abiótica o sean unos posteriores parásitos de nuestra maquinaria metabólica, estos entes han estado, están y seguirán estando allá donde haya vida.

Fig.1. Núcleo celular (azul), microtúbulos (verde) y perforinas (rojo). Esta imagen nos muestra parte del grado de complejidad de “lo vivo”. Las perforinas son las encargadas de perforar las células infectadas por virus. Imágenes cedida por Dr.Xavier Férez.

Cuando apenas han pasado cien años desde la pandemia del virus de la gripe española de 1918, que mató a unos 50 millones de humanos, el mundo se ve afectado por otra pandemia, el virus del COVID-19. Desde entonces, aunque hemos logrado grandes avances médicos y biotecnológicos, se estima que a principios de la década de los años 2000, las enfermedades infecciosas causaron alrededor de 15 millones de muertes de 57 millones de muertes totales anuales. Quizás entre los patógenos infecciosos más mortales en humanos podríamos señalar al virus del VIH, un retrovirus que se originó en la vida silvestre, y que llego a causar 2 millones de muertes anuales por SIDA, aunque ya no es el patógeno más mortal para humanos, pues actualmente, ocupa el primer puesto de este ranking, el agente causante de la tuberculosis que mata a 1,7 millones de personas al año. Desde la aparición de este síndrome de inmunodeficiencia adquirida en humanos en 1983, ya se manejaba la posibilidad de que otra enfermedad infecciosa podría afectar a la población humana. Se equivocaban aquellos médicos y científicos que en 1970 adelantaban el fin de las enfermedades infecciosas, 15 años después tuvieron que admitir el regreso de las enfermedades infecciosas y se propuso el concepto de enfermedades infecciosas emergentes (EIE). La vida silvestre en grandes partes de Africa y Asia, sigue siendo la principal fuente de alimentos parta muchas personas que viven lejos de las zonas urbanas, aumentando las probabilidades de que un patógeno pueda cruzar las barreras naturales hacía la especie humana, aumentando el riesgo de contraer enfermedades zoonóticas.

Fig.2. Células natural Killer (NK) del sistema inmune que realizan su función de protección frente a células infectadas que sobreexpresan ligandos NKG2D (verde). Perforinas en rojo. Imágenes cedida por Dr.Xavier Férez.

La historia de las enfermedades infecciosas podría remontarse según pruebas históricas, a una devastadora plaga en Atenas alrededor de los años 430 – 426 aC con cerca de 70.000 muertes. Tuvieron que pasar cerca de dos milenios para que la muerte negra o peste neumónica hiciera aparición, en la Edad Media, matando a 34 millones de europeos y 16 millones de asiáticos en los años 1347-1350. Tan sólo 150 años después, un brote de sífilis mató a 5 millones de europeos y la viruela fue introducida en el año 1520 en América central, por soldados españoles acabando con el 25 % de la población indígena del imperio Azteca. Ya en la Edad moderna contaríamos con la peste americana o fiebre amarilla que mató a 5000 ciudadanos de Filadelfia finalizando el siglo XVIII.

Pero será a partir de mediados del siglo XX cuando entran en escenas nuevos patógenos de forma más continuada en el tiempo: en 1967 la epidemia del virus Marburg, en 1969 el virus de Lassa, en 1973 el rotavirus, en 1976 el virus del Ébola, en 1977 el virus Hantaan, en 1997 el virus de la gripe A/H5N1, el virus del SARS-coronavirus en 2003, en 2009 el virus H1N1, el MERS-coronavirus en 2012 y desgraciadamente en 2019 el COVID-19.

Estos primeros acontecimientos de mediados el siglo XX coincidieron con el nacimiento de una nueva ciencia derivada de la biología, la biología molecular, a partir de dos escuelas: la escuela inglesa estructuralista basadas en la importancia de la estructura molecular y la escuela americana informacionista, centrada en la transmisión de la información.

Será sobre todo el auge de los biólogos científicos experimentales de esta segunda escuela, los que darán lugar al origen de la genética molecular, creando para entonces un grupo de investigadores muy interesados en unos virus muy peculiares que ya fueron descubiertos en 1915, los bacteriófagos.

El nacimiento de esta nueva disciplina y posteriormente la ingeniería genética en 1970, dieron las herramientas tecnológicas y los protocolos necesarios a aquellos científicos sedientos de cruzar fronteras, investigando e innovando, permitiendo el aislamiento, caracterización y manipulación del material genético.

Con la creación de la primera empresa biotecnológica seis años más tardes fuimos capaces de producir la primera insulina humana recombinante, con la tecnología del ADN recombinante a partir E.coli. No fue hasta finales de 1993, cuando entró en vigor el Convenio sobre la Diversidad Biológica (CDB) y en España se regulase las actividades con organismos modificados genéticamente (OMG) en el 2003, estableciéndose un régimen jurídico para su utilización confinada y su liberación voluntaria.

Todos los hallazgos del siglo pasado y los últimos que se han dado en estas dos décadas, nos han permitido en estos últimos años, desde proporcionar a los sanitarios clínicos test que en pocas horas puedan analizar qué organismo está produciendo una infección y en qué tejido se está expresando, hasta crear virus bacteriófagos específicos para acabar con las superbacterias inmunes a los antibióticos. Así es, los biotecnológos entre otras cosas, podemos crear virus, podemos elegir de los 17.738 bacteriófagos secuenciados hasta la fecha, aquellos que se ajuste más a nuestras necesidades y modificarlos según nuestros intereses. De aquellos 17.738 virus, 2.467 fueron descubiertos en 2018 y 2.623 fagos en 2019, es decir, casi el 30 % en estos dos últimos años, y el número no para de crecer. Cuando algunas academias de las ciencias publican el número de especies nuevas descubiertas en estos dos últimos años, no incluyen como era de esperar estos sistemas de replicación como los virus, pues nos informan de 229 en 2018

y 71 especies nuevas en el 2019, muy lejos de las cifras que manejan los descubridores de virus.

Fig.3. Mapa que nos muestras los lugares donde se han descubiertos nuevos virus indicando las abreviaturas de sus clusters. Imagen tomada de phagesdb.org.

Este interés normal por los virólogo trasciende a otras disciplinas, como la biomedicina y la bionanotecnología, que pretenden investigar los mecanismos fundamentales de estos complejos supramoleculares altamente ordenados que son los virus, para utilizarlos de manera óptima o a partículas similares a virus (pesudovirus) como vehículos para la administración selectiva de medicamentos, en la terapia genética e incluso, como componentes básicos en la electrónica. Por ello hemos tenido la ocasión de comprobar el enorme interés de la comunidad científicas por los virus con el crecimiento drástico del número de publicaciones y estudios que tratan de estos mecanismos que rigen las propiedades y los procesos virales. China ha pasado en 10 años del 3% al 11 % como el país con mayor crecimiento en la producción de artículos científicos, ocupando el segundo lugar a nivel mundial.

No solamente se descubren cada día nuevos virus que afectan a las bacterias, hay también cazadores de nuevos virus hallados desde lagos, insectos, hasta mamíferos como los murciélagos. De hecho Shi Zhengli (SZ) un reconocido virólogo Chino descubrió en el 2013 una alta densidad genética en la comunidad viral en East Lake, un lago ubicado en Wuhan de hasta 23 familias virales distintas. Aunque ya en el 2005 publicó que los murciélagos eran un reservorio natural de coronavirus similares que surgió en el 2002 en el sur de Chína, causantes del primer brote de SARS. Este síndrome respiratorio agudo severo (SARS) fue la primera enfermedad transmisible de origen desconocido del siglo XXI que pasó a grado de pandemia. Este brote surgió desde noviembre del 2002 hasta julio de 2003, extendiéndose en 33 países con 8400 infecciones y 900 muertes, tras la visita de un médico que trató a pacientes con SARS en la provincia China de Guangdong, quien contagió a un residente de su mismo hotel en Hong Kong y así a un hombre de negocios de Vietnam, una azafata que voló a Singapur y un huésped turístico de Toronto.

Un año después (2003 – 2004) se repitió un segundo brote de SARS en la ciudad China de Guangzhou que sólo causó 4 infecciones sin mortalidad y los estudios epidemiológicos moleculares mostraron que los virus responsables de este brote no fueron los mismos que los brotes de Guangdong. El análisis filogenético nos advirtió también de una invasión viral de animal a humano pero independiente de los episodios del 2002.

Aunque ambos fueron causados por un coronavirus recién surgido, conocido como el coronavirus SARS (SARS-CoV) que se originaron en diferentes poblaciones de reservorios, lo que sugiere una rápida evolución de sus proteínas virales y una inusual adaptación al huésped humano en la epidemia del 2002.

Ya en el 2005 este investigador chino (SZ) y su grupo, argumentaron el origen animal de este nuevo virus SARS-CoV que no mantenía ninguna relación genética con ningún coronavirus humano conocido hasta la fecha y si con las muestras analizadas de un mercado de animales en el origen del brote del 2002 con un 79% positivo en la presencia de anticuerpos neutralizantes contra el SARS-CoV.

Hacían falta otros experimentos para comprobar el reservorio natural de este coronavirus del SARS y los biotecnólogos, genetistas moleculares o virólogos como (SZ) decidieron trabajar directamente con dos cepas del SARS-CoV, infectando experimentalmente a los posibles candidatos, entre ellos a un candidato como a las civetas, las cuales desarrollaron signos clínicos de fiebre, letargo y perdida de la agresividad. Por lo cual era poco probable que haya sido su reservorio natural.

Sin embargo su grupo demostró, en esa época del 2006, que la secuenciación del genoma de todos los coronavirus similares a SARS de murciélagos era idéntica en un 90 % a los CoV de SARS aislados en humanos. Por lo que este investigador chino ya en 2010, después de estos dos brotes de SARS, se dio cuenta que eran necesarias las investigaciones básicas en la inmunología del murciélago, convirtiéndose en unos de los virólogos que más sabía en aquella década acerca de los murciélagos y el SARS-CoV.

Su grupo reveló la evolución gradual de diferentes proteínas funcionales de SARS-CoV en diferentes etapas epidémicas y diferentes huéspedes. Su estudio indicó que la enzima convertidora de angiotensina-I2 (ACE2), receptor del coronavirus del SARS-CoV de un murciélago, huésped de un coronavirus similar al SARS, no podía funcionar como un receptor para el SARS-CoV, y por lo tanto no podía infectarlo, pero si actuar como su reservorio natural. Por lo que estos resultados apoyaban la hipótesis de SZ de que el SARS-CoV se originó a partir de murciélago y que su transformación genética tuvo lugar en civetas y humano muy recientemente. Ya que el análisis secuencial del virus similar al SARS-CoV en las civetas indicó que eran altamente homólogas al SARS-CoV en humanos con una identidad superior al 99,6 %. A diferencia de las secuencias del genoma del coronavirus tipo SARS de murciélago que tenían una identidad menor del 90 %.

Ya dos años antes de estos estudios, en 2008, su grupo publicó, que estas diferencias genómicas se centraban principalmente en el extremo N terminal de la proteína espiga (S), responsable de la unión del receptor del coronavirus a la enzima convertidora de angiotensina 2 (ACE2). Estas mínimas diferencias en la secuencia de aminoácidos, responsables de la estructura y función de la proteína espiga del coronavirus del murciélago imposibilitaba su unión a las células dianas en humanos. Como buen biotecnólogos SZ y su grupo centraron sus investigaciones en esa región mínima de inserción de la proteína en espiga y demostraron que un cambio de tan sólo 3 aminoácidos: serina, histidina y ácido glutámico (SHE) por otros tres: fenilalanina, turosina y glutamina (FYQ) fue suficiente para convertir el receptor del coronavirus del murciélago en un receptor totalmente funcional para SARS-CoV en humanos.

Pero en aquel entonces SZ y colaboradores no sólo se centraban en manipular y modificar los receptores por los cuales se permitía la entrada de estos coronavirus a sus células dianas en humanos, coronavirus que una década después ocasionarían una de las peores pandemias de la historia de la humanidad, sino que por el bien de la investigación médica y tras el brote de la virus de la gripe A/H1N1 un años antes, en 2009, decidieron, eso sí, mediante “una ingeniería racional”, generar vacunas vivas atenuadas contra este patógeno del virus de la influenza humana, un virus que ocasionó otros brotes anteriormente en 1918, 1957 y 1968. Esta ingeniería racional consistía en provocar mutaciones directamente en el genoma del virus H1N1 pandémico.

En el 2013 este experto virólogo de murciélago nos advertía de las enfermedades infecciosas emergentes y reemergentes asociadas con virus de murciélago, descubriendo hasta 60 especies de virus hospedados en este mamífero volador asintomático. Esta carencia de síntomas clínicos en murciélagos, estaba asociada a otro producto génico del coronavirus del síndrome respiratorio agudo severo, la proteína ORF3b que antagoniza la función del interferón (IFN) al modular la actividad del factor regulador de INF 3 (IRF3). Además, dos años más tarde (2015), SZ y colaboradores descubrieron una nueva capacidad de este coranovirus de escapar del reconocimiento innato en las células huésped al codificar la 2´-O-metiltransferasas (2´-O-MTasa) que está compuesta por la subunidad catalítica nsp16 y la subunidad estimuladora nsp10 y que juega un papel importante en la replicación del genoma del virus y su evasión de la inmunidad innata dirigida por aquellas células especializadas de nuestro sistema inmune, las células natural killer (NK).

Fig.4. Células Asesinas NK, inmunidad innata, con parte de su arsenal frente a los virus, las perforinas (en rojo). Imágenes cedida por Dr.Xavier Férez. Esa capacidad de adherirse a sus células dianas en humanos y estos recientes descubrimientos de modular la respuesta inmune innata en humanos frente a los virus, explicarían la patogenia viral del SARS-CoV. Estaríamos ante un nuevo virus cuya evolución biológica, sujeta a la selección natural ha sido caprichosa y muy mimada, dotándole en muy poco tiempo de aquellas herramientas que ni siquiera hubiéramos imaginado en el peor de los guiones de un escenario de guerra biológica.

Varios años antes de los brotes de SARS-CoV y MERS-CoV, otros virus zoonóticos emergentes cruzaron las barreras de las especies, como el virus Nipah y virus Hendra en Asia y Australia y las evidencias científicas demostraron que se originaron a partir de murciélagos, sus reservorios naturales, para infectar a los humanos a través de huéspedes intermediarios, civetas y camellos respectivamente.

La comunidad científica sólo lleva unos 15 años estudiando los coronavirus transmitidos por estos mamíferos voladores, estudios que comenzaron en aquel entonces con varios biotecnólogos, entre ellos, nuestro virólogo especialista en murciélagos el señor Shi Zhengli (SZ) que ya en el 2005 publicaba desde el instituto de virología de Wuhan y que actualmente es su director. En cuyo centro se encuentra el único laboratorio de bioseguridad de máximo nivel, nivel 4 (BSL-4), en toda la China continental, desde 2015. Este complejo es considerado en la actualidad un centro de investigación de máximo nivel en virología e inmunología, donde sabemos que desde hace más de una décadas se ha estado manipulando, en un marco civil, científico y sanitario a uno de los peores virus conocidos hasta la fecha y creando pseudovirus, tal como los llamó en su publicación de febrero del 2008, cuando a su grupo de colaboradores innovadores se les ocurrió, para investigar sobre el receptor de los coronavirus similares al SARS (SL-CoV), combinar un sistema de pseudovirus basado en el virus de la inmunodeficiencia humana con líneas celulares que expresaban las moléculas ACE2 humanas en murciélagos y civetas. En este estudio hicieron varias observaciones y algunas aberraciones, ya que consiguieron mutar al receptor de los SL-CoV que no se unían a células humanas, permitiendolo unirse a los receptores ACE2 humanos, es decir cruzar esa famosa barrera entre especies. Con los que acreditaron la compatibilidad de los SL-CoV con el SARS-CoV de los anteriores brotes, y quizás abrieron las puertas para próximos brotes.

Los orígenes evolutivos de los virus sigue siendo un misterio a pesar de los intensos debates por parte de los biólogos, tal como señale al inicio de estas reflexiones, con varias teorías sin consenso, quizás porque no haya una repuesta única para una pregunta tan compleja, nunca sabremos si los virus evolucionaron antes que sus células huésped, hipótesis del virus temprano, o si se adaptaron recientemente a ellas, hipótesis del virus tardío. En esta última idea, se considera dos opciones, la hipótesis del escape que considera que los virus son elementos genéticos que escaparon de las células y la segunda hipótesis regresiva que afirma que los virus derivan de organismos unicelulares de vida libre que perdieron varios genes convirtiéndose en parásitos intracelulares obligados.

Hace 5 años se emplearon análisis filogenéticos de genomas completos y contenido genético de miles de virus y organismos celulares para probar que los virus son un linaje antiguo que divergía independientemente y en paralelo con sus huéspedes celulares de un ancestro común universal (UCA). En esta evolución de los virus desde hace millones de años, además de las mutaciones convencionales, hay eventos de adquisición, duplicación y pérdidas de dominios de proteínas.

Durante las infecciones de ciertos virus que establecen latencia en las células huésped, por ser virus ADN, sus genomas se empaquetan con proteínas histonas de la célula huésped y se integran en el material genético celular que se copiará generación tras generación por la maquinaria celular durante las posteriores mitosis. Se sabe que estos virus latentes pueden capturar elementos genéticos de los huéspedes mediante transferencias horizontales de genes (HGT) y por lo tanto mutar, adquiriendo o perdiendo nuevas características que serán seleccionadas por el medio de forma natural. Se ha comprobado que esas transferencias que afectan a los dominios involucrados en el ensamblaje y estructura de la cápside y por lo tanto sus receptores que determinarán a las células que puedan infectar, son pocas ya que estas categorías funcionales de los virus están muy conservadas y es menos probable que muten de forma natural.

Fig.5. Cultivo de virus en Biotecnología.

Sea cual sea el origen primitivo de estos virus, sabemos que hemos manipulados virus patógenos para la especie humana y que estamos fabricando actualmente nuevos virus en bionanotecnología, farmacología y ciencias de los materiales y que la idea de un salto de especie entre distintos huéspedes por la adquisición de nuevos receptores de su cápside no concuerda con estos estudios científicos que demuestran ser su parte menos flexible, pero quizás la más asequible a la manipulación humana.

La comunidad tiene el derecho a la información y a saber qué tipo de ensayos se está realizando en nuestros laboratorios de máximo nivel de seguridad, es sabido que existen comités éticos que aprueban dichos experimentos, pero deberíamos saber qué, dónde, cómo, con qué y por qué se están manipulando virus y creando peudovirus..

Aunque hasta hoy no sabemos si la explosión del reactor 4 de la planta de Chernóbil se debió a un error humano o a un fallo técnico, lo que si sabemos es que el problema comenzó durante una simple prueba de rutina y que sus complejas consecuencias perdurarán. Lo que si sabíamos eran las posibles consecuencias de manipular el núcleo tal como predijo albert Einstein, quién más estudió y desarrollo la energía nuclear.

Quizás no hayamos aprendido nada…, hay líneas que no debemos cruzar y la línea entre la materia y la no materia, tal como la línea entre la vida y la no vida, son líneas que jamás debimos cruzar.

“PUEDEN HABER CONTROVERSIAS EN LAS CONCUSIONES DE UN ARTÍCULO CIENTÍFICO PERO NO HABRÁ DUDAS DE LA METODOLOGÍA QUE HA SEGUIDO….”

Doctor Xavier Férez