La biología sintética está dando nueva vida al anticuado mundo de la producción de vacunas, ofreciendo la esperanza de que los fabricantes puedan producir vacunas mucho más rápido cuando aparece algún brote.

En una reunión sobre biología sintética celebrada en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT, EE.UU.), la farmacéutica Novartis anunció que había sintetizado genomas híbridos de la gripe en un proceso que podría recortar en varias semanas el tiempo necesario para producir las vacunas. Cuando aparece una nueva cepa de la gripe, las agencias gubernamentales suelen enviar muestras a los fabricantes de vacunas, que cultivan grandes cantidades del patógeno en huevos de gallina como material de arranque para las vacunas, explica Philip Dormitzer, director de investigación de vacunas virales en Novartis. Este proceso llega a tardar meses en hacerse y puede no llegar a tiempo para el pico de un brote de la enfermedad. Pero Novartis, trabajando con biólogos sintéticos, ha desarrollado una forma de hacer una síntesis química de los genomas del virus y cultivarlos en tejido de cultivo. Además de suponer un ahorro, podría producir vacunas más eficaces.

La idea es construir un virus sintético basado en datos de secuenciación genética, que se pueden distribuir mucho más rápidamente que el material viral real cosechado en el lugar donde se ha iniciado el brote. El genoma viral sintético combina una espina dorsal genómica común a muchos virus de la gripe con genes específicos de las cepas observadas en un nuevo brote. En 2011, el equipo probó su método en respuesta a un brote simulado de un virus de gripe aviar (uno estrechamente relacionado con el virus H7N9 que se está extendiendo actualmente en China). Empezando a las 8 de la mañana de un lunes de ese año, el equipo empezó a hacer la síntesis química del genoma viral basándose en datos de secuenciación, explica Dormitzer. Para el mediodía del viernes de esa misma semana, el equipo confirmó que tenía el virus vivo cultivándose en un cultivo.

Hasta hace poco, la mayoría de los proyectos de biología sintética se han centrado en modificar genéticamente bacterias para producir compuestos específicos como medicamentos (ver "Microbios capaces de producir fármacos contra la malaria al por mayor") o combustible (ver "Unas bacterias fabrican diesel a partir de la biomasa"); no han implicado ni a humanos, ni a otros mamíferos. Pero eso está cambiando. La biología sintética mamífera, que implica modificar circuitos genéticos de mamíferos, aún está "dando sus primeros pasos, relativamente", afirma Jim Collins, biólogo sintético de la Universidad de Boston (EE.UU.). "Solo hay un puñado de grupos dedicados a ello y es un tipo de ingeniería genética muy difícil de hacer", sostiene.

En otro trabajo descrito en la reunión del MIT, Pam Silver, bióloga sintética de la Facultad de Medicina de la Universidad de Harvard, presentó métodos para la "computación basada en células", en la que las puertas lógicas se pueden construir con proteínas modificadas. Una aplicación de estas herramientas es un circuito genético que permite a las células recordar si han sido expuestas a radiación, incluso cuando ya no hay radiación presente. Por el momento Silver y su equipo han construido un circuito de estas características en células de levadura, pero afirma que la tecnología se podría aplicar a las células humanas. "Podría resultar útil en una situación de terapia a largo plazo para los viajes espaciales, y también simplemente para informar de las experiencias de las células en el cuerpo", explica. 

Algunos proyectos para aplicar la biología sintética a la salud se centran en programar células madre para que se comporten como células naturales que se han perdido debido a una enfermedad. Douglas Melton, biólogo celular y molecular de la Universidad de Harvard está programando células madre para que reemplacen a las células sensoras de glucosa y productoras de insulina que se pierden en la diabetes tipo 1. Esta enfermedad suele derivar de una reacción autoinmune contra las células beta del páncreas, lo que deja al cuerpo sin insulina.

Melton y su laboratorio están trabajando en busca de una tecnología en la que las células beta y otras células involucradas en la regulación del nivel de azúcar en sangre se pudieran sustituir por colecciones encapsuladas de células maduras derivadas de células madre. El reto será producir las células finales diferenciadas usando hormonas u otras señales químicas para guiar el proceso de desarrollo. "Lo que queremos entender es cómo instruir a la célula respecto a qué genes deben activar y cuáles apagar", explica Melton.

Pero replicar los procesos naturales del desarrollo celular no es fácil. Melton afirma que su grupo es capaz de crear células beta que producen insulina, pero el proceso es imperfecto. "Aproximadamente la mitad de las células hacen lo que quieres que hagan", explica. "No sabemos cómo decirle a las células que solo sean células beta". Y las células beta cultivadas no tienen la respuesta perfectamente afinada ante la glucosa como la tienen las células del cuerpo: "Las células betas tienen que medir los niveles de glucosa y expulsar la cantidad justa de insulina", afirma. "Nuestras células responden a la glucosa, pero no tienen mecanismos sensores precisos. Suelen soltar insulina a la primera señal de glucosa".

Otros investigadores esperan incorporar circuitos completamente nuevos en las células para ayudar a los enfermos de diabetes. Martin Fussenegger, bioingeniero en el Instituto Federal de Tecnología de Suiza, describió un sistema molecular en el que las células se modifican con genes capaces de detectar niveles bajos de pH en la sangre, un síntoma de un estado diabético. En respuesta, afirma, las células modificadas producirán insulina para regular mejor los niveles de azúcar en sangre y calmar el estado diabético.

Este tipo de ingeniería genética suele depender de virus que modifican los genes para que las células lleven a cabo tareas útiles. Pero el método es arriesgado: el ADN introducido podría integrarse en el genoma en un lugar poco afortunado que podría conducir al desarrollo de un cáncer. Harvey Lodish, biólogo celular del MIT está trabajando en una tecnología que podría evitar ese problema: glóbulos rojos creados en laboratorio. Después de modificar estas células, echarán a los virus a lo largo de su proceso de desarrollo natural.

"Lo bonito de los glóbulos rojos es que son casi la única célula del cuerpo sin núcleo", explica Lodish. "Para cuando entran en el flujo sanguíneo, han perdido su ADN y son estables durante 120 días sin riesgo de tumores".

En el método de Lodish, un retrovirus porta un nuevo gen al genoma de las células progenitoras que acabarán produciendo los glóbulos rojos. La célula usa ese nuevo gen para producir una versión modificada de proteínas que se quedan sobre la superficie del glóbulo rojo maduro incluso después de que la célula haya perdido su ADN. La proteína superficial modificada ha sido diseñada para que otros compuestos se adhieran fácilmente a ella: anticuerpos capaces de recoger sustancias tóxicas de la sangre, o medicamentos de moléculas pequeñas para atacar cánceres u otras células enfermas. Lodish cree que esta tecnología es un método más seguro de aplicar la biología sintética en el cuerpo humano.