La mayoría de los investigadores biomédicos están ocupados buscando formas de aplastar el nuevo coronavirus. Mientras tanto, los biólogos sintéticos están ocupados clonándolo en masa.
A finales de febrero, un equipo de la Universidad de Berna, dirigido por el Dr. Volker Thiel, publicó una receta relativamente simple para cocinar artificialmente el SARS-CoV-2, el virus que causa Covid-19, en el laboratorio. Solo requería dos ingredientes principales: fragmentos sintéticos de las instrucciones genómicas del virus, que se pueden pedir en línea; y levadura En manos experimentadas, el proceso no es mucho más difícil que hornear pan de masa fermentada con un iniciador hecho a sí mismo.
El manuscrito, inicialmente cargado en el servidor de preimpresión bioRXiv y ahora revisado por pares y publicado en Nature , envió ondas de choque en toda la comunidad biomédica. Si se verifica más, significa que los laboratorios certificados pueden clonar muestras completas del coronavirus en una semana a aproximadamente $ 30,000 . Al "democratizar" el acceso al nuevo virus, más laboratorios pueden trabajar en pruebas de diagnóstico, medicamentos y vacunas, lo que podría poner al virus de rodillas más rápido y salvar a millones de personas.
Sin embargo, hay un lado oscuro en ese acceso más amplio: la misma plataforma utilizada para hacer que el SARS-CoV-2 desde cero también lo haga potencialmente más mortal o más transmisible. En escenarios de pesadilla, la misma tecnología que podría librarnos de la plaga también podría convertirla en una arma biológica.
Es un dilema que ha estado a fuego lento durante mucho tiempo en el campo de los virus sintéticos: el problema de "doble uso". "En biología ... [significa que] las técnicas necesarias para diseñar una arma biológica son las mismas que las necesarias para realizar una investigación legítima", explicó el Dr. Guoyu Wang, del Centro de Ética Biomédica de la Universidad de Fudan en Shanghai, y sus colegas. Incluso si las motivaciones originales fueran nobles, cualquier "desviación, mal uso o abuso durante la investigación", como las filtraciones accidentales de los laboratorios, podría significar una calamidad global.
Estas preocupaciones a menudo forman la base de las teorías de conspiración . Pero no son pura fantasía. En 2014, los científicos federales descubrieron media docena de viales de virus de la viruela, contra los cuales la mayoría de los estadounidenses nacidos después de 1972 no tienen inmunidad, mientras limpiaban las instalaciones de almacenamiento en los Institutos Nacionales de Salud. Dejando a un lado el olvido, múltiples cepas de influenza se han vuelto más contagiosas utilizando biología sintética, basada en pruebas en hurones. Aunque todavía no ha habido un Chernobyl viral sintético, los científicos están legítimamente preocupados por una cepa viral producida o filtrada en el laboratorio que podría causar estragos.
La receta de coronavirus de Thiel y el equipo ha traído estos debates de nuevo con todo fervor, gracias en parte a la simplicidad de la receta. Pero quizás lo más preocupante es que la misma plataforma puede clonar una amplia variedad de virus: los que conocemos y, potencialmente, los que aún no se han descubierto.
El libro de cocina de virus sintético
Para vencer a un virus, primero conoce a tu enemigo.
La forma más fácil de contraer un virus es obtener tejido biológico infectado, lo que fue difícil al comienzo de la pandemia fuera de Wuhan, China. La segunda ruta es tratar de hacer crecer el virus dentro de las células inmortalizadas, en el caso del SARS-CoV-2, las células pulmonares, pero es como fabricar automóviles que explotan la fábrica y ellos mismos a mitad de la construcción.
Eso deja la tercera ruta: hacer el virus desde cero. Gracias a los avances en biología sintética e ingeniería del genoma, hacer genomas completos de virus en bacterias o huéspedes de levadura se ha vuelto más barato, más fácil y más rápido. Un artículo reciente para la ingeniería de SARS-CoV-2 utilizaba bacterias como la fábrica viral.
Sin embargo, el equipo de Thiel tomó la ruta de la levadura. El motivo, explicó, es que los coronavirus tienen genomas extraordinariamente grandes, lo que dificulta que las bacterias puedan lidiar, como desafiar a un niño de tres años con un complicado conjunto de Lego, lo que conduce a errores en el genoma del virus. La levadura, en contraste, es mucho más flexible.
Además, la levadura también tiene un poder especial para pegar automáticamente trozos de material de ADN externo en una secuencia completa del genoma. Eso es enorme: en lugar de sintetizar todo el genoma del coronavirus a través de la química, es posible hacerlo en trozos para reducir los costos, y la levadura ensamblará las piezas " mágicamente " como un rompecabezas.
El proyecto comenzó en enero, poco después de que los investigadores chinos publicaron el modelo genómico del virus. El equipo de Thiel dividió el genoma en 14 trozos manejables, cada uno con secuencias ligeramente superpuestas, y ordenó ADN sintético que correspondía a esos bits de genoma viral de una empresa comercial.
Tres semanas después, después de recibir los fragmentos por correo, insertaron el ADN, que juntos representan el genoma completo del SARS-CoV-2, en la levadura. Luego se sentaron y observaron a las células de levadura hacer su magia, pegando las secuencias superpuestas en los fragmentos para convertirlas en genomas de cuerpo entero. Solo dos días después, el equipo pudo verificar la levadura, ahora florecida en "colonias" en forma de punto en un plato, en busca de signos del genoma del virus. Finalmente, extrajeron el material genético del virus de la levadura en forma de ADN y lo transformaron en ARN, como traducir un idioma a otro, que el virus usa naturalmente para multiplicarse.
Voilà: en menos de una semana, el equipo pudo generar un virus completamente sintético, uno relativamente nuevo para los humanos, y usarlo para infectar células de sacrificio en un plato para estudiar. Como prueba de concepto del poder de la plataforma, el equipo también hizo una versión del virus que brilla en la oscuridad, que puede ayudar a detectar medicamentos antivirales. (Si los medicamentos funcionan, esta versión entusiasta del virus debería perder su brillo).
El dilema de bioseguridad
La plataforma de Thiel para la ingeniería del SARS-CoV-2 destaca por su velocidad y simplicidad. Según la Dra. Susan Weiss, microbióloga de la Universidad de Pensilvania que no participó en el estudio, lo más emocionante es que las levaduras son productoras virales muy rápidas, mientras que "otros métodos son tediosos y difíciles".
La velocidad en un brote es esencial, no solo para la contención sino también para la investigación. La nueva plataforma es un punto de partida para que los laboratorios cambien fácilmente el genoma del coronavirus, viendo qué impide su replicación o qué secuencias genómicas lo debilitan o incluso no pueden infectar a los humanos. La guinda: el sistema solo requiere que la levadura vuelva a ensamblar el genoma del virus una sola vez. Es extremadamente fácil recolectar más coronavirus reutilizando células de levadura productoras de virus ya preparadas, como la cerveza.
Sin embargo, estos puntos de venta son exactamente lo que preocupa a los bioeticistas. "Al publicar la hoja de ruta tecnológica, es posible que tanto científicos como terroristas apliquen la misma técnica para sintetizar virus más complejos, o desarrollen un 'súper virus' con una infectividad, virulencia o resistencia a la vacuna extremadamente altas", escriben Wang y colegas en Un comentario del método de Thiel.
Para Thiel, las preocupaciones no deben minimizarse, pero tampoco la promesa de la biología sintética para abordar los brotes. "La biología sintética ha madurado hacia una técnica poderosa que impactará a la comunidad científica, y a nuestra sociedad en general", comentó en uno de los primeros estudios que utiliza una técnica de levadura similar para reconstruir un genoma viral grande desde cero.
La conclusión, argumentó, es que la tecnología ya está aquí, y depende de múltiples jugadores, como los gobiernos, abordar el potencial de mal uso. Los virus sintéticos, incluido un clon del virus de la gripe de 1918, que los científicos revivieron en el laboratorio, ya han proporcionado información sobre contagios mortales que de otro modo estarían esposados a los caprichos del país de la zona cero. No todos los laboratorios pueden participar en la reconstrucción del virus; por ahora, está regulado a muy pocas instituciones selectas con las características de bioseguridad de más alto grado y personal altamente capacitado.
Cualquiera puede adivinar si los virus clonados finalmente ayudarán a aplacar la pandemia actual. En cuanto al problema de doble uso de investigación-bioterrorismo, no tenemos una respuesta. Sin embargo, el uso de virus mortales clonados es cada vez más defendido como una forma de combatir los brotes, ya sea que estemos cómodos y listos o no.
Mientras tanto, Thiel ya está mirando hacia la próxima pandemia, y el futuro de la biología sintética en su conjunto. "Tenemos que encontrar una manera de hacer frente al hecho de que esta tecnología [de biología sintética] permitirá la generación de microbios de diseño y, en última instancia, la vida sintética", dijo.
Crédito de imagen: Galería de imágenes de NIH