Avances en la biotecnología moderna, una visión para el futuro

La biotecnología es hoy por hoy una de las áreas más antiguas que han acompañado al ser humano, siendo una prueba de su capacidad para dominar el mundo natural en beneficio del avance tecnológico y el desarrollo de la civilización. Manifestaciones cómo la producción de cerveza, vino, pan, o quesos son pruebas ancestrales de su utilización en diferentes civilizaciones antiguas. En un sentido reduccionista, la biotecnología se define como un área de la ciencia dónde se utilizan seres vivos para un fin tecnológico. En un sentido más amplio, la biotecnología abarca diferentes áreas, todas de alto impacto en el desarrollo de la vida moderna.

Algunas fuentes subdividen a la biotecnología por colores: amarilla para los alimentos; verde para el área agrícola; dorada para la bioinformática, roja para medicina; café para el suelo; azul para el área marina; violeta para el estudio de la bioseguridad, gris para el estudio ambiental y blanca para el área industrial.

El descubrimiento del ácido desoxirribonucleico o ADN, la elucidación de su estructura de doble hélice realizada a mediados de 1950´s, aunado a otros grandes hitos biotecnológicos y científicos como el desarrollo de tecnologías de modificación génica han brindado a la humanidad excelentes avances como la producción de insulina recombinante en sistemas microbianos desde los años 1970´s, reduciendo costos y eficientizando procesos de producción y distribución de este fármaco. Este es uno de los miles de ejemplos en el área farmacéutica.

El uso de tecnologías de ADN recombinante ha brindado herramientas para extender su uso en modelos como la producción de plantas y animales genéticamente modificados, los llamados cisgénicos (modificación de un gen existente el mismo organismo) o transgénicos (modificación de un organismo agregando un gen de otro organismo diferente), generando sistemas capaces de expresar proteínas recombinantes con aplicaciones diversas: producción de fármacos como la insulina recombinante, factores de crecimiento, vacunas recombinantes, uso de microorganismos genéticamente modificados para biorremediación o plantas modificadas para fitorremediación, mejoramiento de cultivos comerciales incrementando la adaptación a los cambios del medio ambiente, incremento del valor nutricional, menor uso de pesticidas e insecticidas, mayor rendimiento por hectárea, aumento de vida de anaquel.

Así como animales modificados genéticamente para aumentar su rendimiento, o para incrementar su capacidad de reproducción. Aun cuando es una de las tecnologías que ha constituido un hito en la biotecnología moderna, el uso de transgénicos o de organismos genéticamente modificados ha sido duramente cuestionado por ciertos públicos por supuestos daños a la salud o efectos en el medio ambientes, los cuales al día de hoy no han sido demostrados de manera categórica o en estudios científicos sólidos.

En la última década, el desarrollo de la tecnología CRISPR-CAS para edición genética ha desencadenado una nueva ola de descubrimientos biotecnológicos donde a diferencia de los transgénicos, no se utilizan necesariamente genes diferentes al del organismo huésped si no que es el propio genoma del organismo en cuestión el cual es editado utilizando esta tecnología que de hecho existe de manera natural en el mundo microbiano. Esta herramienta es sumamente poderosa y permite editar organismos microbianos, plantas, animales y es incluso una promesa importante para mejorar la salud humana a través de la terapia génica.

Otra área de suma importancia es el uso de las tecnologías “ómicas” que involucran la genómica (estudio de todo el ADN codificante o no de un organismo), la transcriptómica y proteómica (todo lo que terminará teniendo una función o que regulará la función de un organismo) así como de la metabolómica (todos los compuestos químicos generados por los organismos vivos que participan en su metabolismo). Estas áreas ómicas son sumamente relevantes para entender la vida, desde su evolución hasta su potencial aplicación biotecnológica y constituyen la base para nuevos descubrimientos científicos que seguramente serán de alto impacto en los años venideros.

Por ejemplo, a través de la genómica podemos conocer todo el ADN que compone a un ser vivo, qué nos vuelve diferentes entre organismos de la misma especie o entre especies, entender la evolución de la vida en nuestro planeta, descubrir las variantes genéticas que se pueden usar como marcadores moleculares de enfermedades, o de características que nos hacen únicos (polimorfismos) asimismo, a través de la transcriptómica podemos conocer al ácido ribonucleico o ARN que regula muchas de las funciones metabólicas y que brinda el mensaje para la producción de proteínas, de igual forma a través de la proteómica podemos entender las proteínas que generamos, así como el dónde y cuándo se expresan.

Finalmente, a través de la metabolómica podemos comprender qué compuestos químicos se producen como resultado de algún estimulo externo o bajo alguna condición en particular, por ejemplo, como biomarcadores de enfermedades o para entender por qué las plantas producen aromas o colores diferentes, o como se defienden/ interactúan del medio ambiente. Al integrar estos grandes hitos de la biotecnología moderna podemos utilizar estas tecnologías que generan grandes cantidades de datos científicos que serán utilizados en nuevas tecnologías emergentes como la biología sintética la cual estudia la síntesis de biomoléculas a través de la modificación de vías metabólicas (ingeniería metabólica) en diferentes sistemas biológicos integrando nuevas funciones que no se encuentran de manera natural en el organismo en cuestión.

La biología sintética permite integrar todo el conocimiento generado por el uso de las tecnologías de ADN recombinante (transgénicos), edición genómica (CRISPR-CAS), genómica, transcriptómica, proteómica y metabolómica para poder entender un organismo y mejorarlo. Es decir, a través de la biología sintética y la ingeniería metabólica podemos analizar una vía metabólica en particular, revisar cuales pasos son limitantes y generar estrategias para volver dicha ruta metabólica más eficiente a través de editar alguna enzima, quitar algún paso innecesario o bien tomar elementos de rutas metabólicas e integrarlos en una nueva ruta metabólica sintética para generar nuevos organismos con nuevas funciones más eficientes con aplicación biotecnológica en áreas como la producción de fármacos más eficientes, en menor tiempo con mayor rendimiento, o podemos tomar rutas metabólicas para la degradación de compuestos tóxicos o dañinos y ayudar a mitigar los efectos de la contaminación de suelos, mares o el aire.

Estas tecnologías son tan poderosas que al día de hoy podemos tomar todo un genoma existente de manera natural, deconstruirlo, y rearmarlo con sólo los elementos estrictamente necesarios para la producción de una biofábrica biotecnológica. Esto ya es una realidad en sistemas como levaduras o bacterias, a este campo se le conoce como genómica sintética. En este sentido, la biotecnología moderna es la base para la generación de conocimiento pero no sólo de esto, sino de desarrollo tecnológico y sin duda nuestro país debe sumarse en la creación de emprendimientos de base biotecnológica que no sólo se queden en el sector de producción de fármacos o servicios a la salud sino que permitan dar una solución a los grandes problemas que aquejan el desarrollo científico y tecnológico de nuestro país.

Es importante tomar estas tecnologías como lo que son, algo que ahora esta en constante desarrollo, no resuelven todo pero sin duda ayudan a mitigar muchos de los problemas y rezagos tecnológicos que tenemos en sectores como el agrícola, la contaminación de suelos, aires y mares o la seguridad alimentaria. Es por ello que la biotecnología moderna es y seguirá siendo un área clave para el desarrollo tecnológico del mundo para enfrentar los grandes problemas que nos aquejan entre ellos el cambio climático, la contaminación, enfermedades congénitas o nuevas enfermedades virales. Por tanto, si deseamos dar solución a estos temas y llevar a México a la vanguardia y competitividad biotecnológica, el estudio de la biotecnología y la inversión en esta área del conocimiento es sin duda un quehacer sumamente relevante para el desarrollo del país.

Dra. Paola Isabel Angulo Bejarano
Profesora investigadora, Departamento de Bioingeniería
Tecnológico de Monterrey Campus Querétaro
pangulobe@tec.mx