Y yo quiero ser...Virólogo
(Por
Modesto Redrejo Rodríguez)
El estudio de
los virus es necesario para entender las enfermedades que éstos producen en el
ser humano y también en otros seres vivos. Animales, plantas e incluso
bacterias tienen que luchar contra los virus. Catarro, gripe, hepatitis,
sarampión, SIDA entre otras, son enfermedades humanas causadas por virus. Sin
embargo, el objetivo de este capítulo es destacar que la virología puede ser
mucho más que el estudio de las enfermedades que los virus producen. Los virus
son sobretodo modelos de trabajo para el estudio de procesos biológicos de
forma sencilla. Es por esto que el estudio de los virus jugó un papel esencial
en el desarrollo de la biología molecular, que es la base de la biología y la
biomedicina modernas.
Algo de historia
A mediados del
siglo XIX, el químico francés Louis Pasteur mantenía una importante disputa
sobre el origen de los seres vivos. Pasteur defendía que todo ser vivo,
incluidas las bacterias, provenía necesariamente de otro ser vivo anterior, en
contra de los defensores de la “generación espontánea”, que defendían que
ciertas formas de vida animales y vegetales podían surgir a partir de materia
orgánica. Aunque no fue el primero en demostrarlo, los experimentos de Pasteur
se consideran como la demostración definitiva de que la generación espontánea
no existe, lo que le sirvió para crear su denominada ”teoría germinal” de las enfermedades infecciosas, según la cual las enfermedades infecciosas están
causadas por gérmenes o microbios invisibles, pero presentes en un organismo
enfermo y que pueden así propagarse a otros individuos sanos.
Charles
Chamberland, que era asistente de Louis Pasteur, diseñó un filtro de porcelana
por el que no podían pasar bacterias para esterilizar agua. Pronto se dieron
cuenta de que había agentes patógenos, que inicialmente denominados “virus
filtrales” que podían atravesar el filtro. Esto dio lugar al descubrimiento de
la toxina del tétanos y la difteria, que si bien son moléculas pequeñas
producidas por bacterias, pueden ser tóxicas en sí mismas, aunque no
propagables (no se contagian) de un organismo a otro. Algo más tarde, el filtro
de Chamberland-Pasteur, sirvió para demostrar la existencia de agentes
infecciosos (es decir, contagiosos) más pequeños que las bacterias, los
denominados virus. En 1892, el botánico ruso Dmitri Ivanovsky demostró que el
agente causante de la enfermedad del mosaico en la planta del tabaco, descrito
poco antes por Adolf Mayer, podía atravesar el filtro, lo que supuso la primera
demostración del concepto de virus tal y como lo entendemos hoy día. Además, a
principios del siglo XX también se aislaron los primeros bacteriófagos, virus
que infectan bacterias, por Twort (1915) y D´Herelle (1917).
Sin embargo, la
virología contaba entonces con herramientas muy rudimentarias y los avances
eran escasos. Esto cambió de forma radical en la segunda mitad del siglo XX. A
partir de fines de los años 30 del siglo XX, varios investigadores provenientes
de diferentes disciplinas científicas se formularon preguntas esenciales en
relación a cómo definir la esencia de la vida y, en concreto la naturaleza de
la información genética y los mecanismos de transmisión de la herencia. Así se
inició un período revolucionario que tendría su culminación en el
descubrimiento de la doble hélice del ADN por Watson y Crick en 1953. Así, en
la década de los 30 un grupo de físicos liderado por Niels Bohr y ErwinShrödinger se centraron en tratar de explicar biología y herencia. En concreto,
el libro What is Life? (1944) de Shrödinger fue de gran inspiración para varios
de los fundadores de la biología molecular.
El verdadero
punto de inflexión fue el aislamiento del fago λ (lambda) por Esther Lederberg
a principio de los años 50 a partir de un lisado de la bacteria Escherichia coli tratado con luz UV. Por
la facilidad para aislar mutantes, λ fue usado por muchos laboratorios para la
elaboración de mapas genéticos y pronto se convirtió en un modelo de trabajo
versátil y cómodo, con el que se realizaron los primeros experimentos de
biología molecular. Así, gracias al fago λ y a otros modelos posteriores, se
llegó a la descripción código genético y el ARN mensajero, los mecanismos
básicos de la replicación del ADN y la recombinación genética, etc.
En el año 1972
se publicó la obtención de la primera molécula de ADN recombinante, que
contenía algunos genes de λ y de su hospedador dentro del genoma del virus
humano SV40, por el laboratorio de Paul Berg en la Universidad de Stanford.
Así, en gran parte gracias a la investigación en virología, en la década de
1970 el mundo de la Biología comenzó a transformarse debido a la “Revolución
del ADN recombinante”, con la cual se podía introducir genes de cualquier
organismo (sin importar su complejidad) en el material genético de otros
organismos. Esta revolución provocó profundos cambios en las investigaciones
con bacteriófagos, al igual que en otras áreas de la biología. Por poner solo
algunos ejemplos, algunos virus como los lentivirus y otros se han utilizado
para la expresión de proteínas ajenas en células (proteínas recombinantes), lo
que puede utilizarse tanto para la obtención de vacunas como para desarrollo de
terapia génica.
Cuarenta años
después de contribuir al desarrollo de la biología molecular, los bacteriófagos
viven hoy una segunda juventud. Por un lado, la utilización de virus
bacterianos o alguna de sus proteínas para tratar enfermedades infecciosas
causadas por bacterias es una alternativa al uso de antibióticos. Por otro, la
batalla entre virus y bacterias a lo largo de la evolución ha dado lugar al
sistema de inmunidad denominado CRISPR/Cas, que ha supuesto un auténtico punto
de inflexión en la capacidad de modificar a la carta el genoma de casi
cualquier organismo.
Mi propia experiencia
Yo casi
siempre tuve claro que quería estudiar biología y en concreto dedicarme a la
biología molecular. En ningún momento, ni antes, ni durante mi Licenciatura en
Biología pensé que los virus tuvieran nada que me pudiera resultar interesante.
Esto era normal porque mi único contacto con los virus fue un breve bloque de
dos o tres temas de la asignatura Microbiología General que cursé en el tercer
curso, allá por el año 1999/2000 en la Universidad de Extremadura (Unex).
Tras acabar la
universidad pasé más o menos un año buscando un laboratorio en el que poder
realizar una tesis doctoral para dedicarme a la investigación. Durante este
tiempo realicé una tesina en el Departamento de Bioquímica de la Unex,
trabajando en enzimología. Así fue como un proyecto de bioquímico con ganas de
aprender biología molecular se topó por primera vez con un virus, en este caso,
el VPPA o virus de la peste porcina africana. El VPPA es un virus de gran
interés por la enfermedad que produce. Entre los años 1960 a 1980 el virus
produjo graves pérdidas económicas en la cabaña porcina en Europa y América y
brotes recientes en el sur de Rusia y otros países caucásicos mantienen aún hoy
la enfermedad en la lista de las más peligrosas de la UE. Personalmente,
reconozco que a mí los virus me parecían una cosa muy rara, sin demasiado
interés para un bioquímico. No obstante, mi tesis iba sobre el papel de unas
enzimas que codificaba el virus implicadas en la reparación de su ADN, por lo
que el trabajo me pareció interesante y, sobretodo, en aquel momento era mi
única opción. Pronto me di cuenta que los virus
son por encima de todo un fantástico modelo de trabajo, de los mejores que uno
puede tener si le gusta hacer cosas diferentes. Esto es especialmente importante
durante el doctorado, que debe ser, por encima de todo, una etapa de formación.
Así, en los primeros meses de mi tesis me encargaron realizar un anticuerpo
contra una de las proteínas del virus. Aún recuerdo esta etapa como
sorprendente para mí. A partir de bacterias a las que habíamos introducido
nuestro gen viral, pudimos purificar grandes cantidades de proteína
“recombinante”. Esta proteína se emulsiona con un aceite denominado adyuvante
de Freund para hacer una especie de “mayonesa” espesa con la que se inocula a
los conejos. De alguna manera, nuestra proteína sirve como “vacuna” para que el
sistema inmune del conejo fabrique anticuerpos contra ella. Tras varias
inoculaciones se obtiene el suero de la sangre del conejo con el que se puede
detectar nuestra proteína tanto in vitro como dentro de la célula infectada. En
pocas semanas, aprendí a hacer experimentos de ingeniería genética, inmunología
y biología celular gracias a mi virus.
Poco después
comencé a trabajar con el virus, con el objetivo de generar virus
recombinantes, mutantes para mi proteína, lo que también me introdujo en las
técnicas de virología e ingeniería genética. Además de todo esto, también
utilicé métodos de biología molecular y bioquímica para analizar las
propiedades bioquímicas de mi proteína in vitro, es decir, mediante
experimentos en un tubo de ensayo que me permitieron ver su efecto sobre
fragmentos de ADN. En conjunto, independientemente de los resultados obtenidos,
mi tesis me enseñó cómo trabajando con virus se pueden aprender diferentes
técnicas científicas y estudiar un mismo problema desde distintas perspectivas.
Aunque el VPPA es un virus complejo, es más manejable que un organismo vivo y
se puede estudiar globalmente, desde múltiples perspectivas. Aunque el trabajo
del científico tenga una utilidad a corto o largo plazo para la sociedad, los
científicos nos movemos por la necesidad de aprender, de desentrañar los
misterios de la naturaleza. Es por esto, que el trabajo con virus puede ser muy
satisfactorio. En aquel laboratorio en el que hice mi tesis doctoral se
estudiaba al VPPA desde todos los puntos de vista: el genoma del virus y su
mecanismo de replicación y reparación, la formación de las partículas virales o
morfogénesis y también los múltiples efectos de la infección sobre las células
infectadas en el laboratorio y sobre los cerdos en el animalario.
Los años y los
diferentes laboratorios por los que he pasado me han llevado ahora a seguir
estudiando la replicación y reparación del ADN. Una gran parte de mi trabajo la
llevo a cabo utilizando virus como modelo de trabajo, aunque ahora utilizo
bacteriófagos, virus que infectan bacterias, mucho más sencillos que el VPPA.
Pero igualmente, el uso de virus nos permite trabajar a la vez con un modelo in
vivo y también trabajar in vitro con proteínas recombinantes purificadas.
En conclusión,
yo de mayor quiero ser virólogo y así poder aprender todo lo que los virus me
enseñen.
Bibliografía
recomendada:
-.
Cazadores de Microbios (Paul de Kruif, 1926)
-.
La doble hélice (James D. Watson, 1968)
-.
A la búsqueda del secreto de la vida. Una breve historia de la biología
molecular (José María Valpuesta, 2008)
-.
El origen de los sistemas CRISPR/Cas (Conferencia de Francisco Mojica en la
Real Academia Nacional de Medicina, 26 de Enero de 2007)
Modesto Redrejo Rodríguez
Doctor
en Biología
Centro de Biología Molecular
Severo Ochoa
Escucha música mientras lees.
No hay comentarios:
Publicar un comentario