Del océano al laboratorio, de la mano de la biotecnología

El pasado 9 de noviembre, en el marco del proyecto europeo BlueHuman, financiado por el programa Interreg Atlantic Area, CETMAR organizó un seminario que reunió a expertos e investigadores para analizar las posibilidades que ofrecen los recursos genéticos marinos a la hora de buscar nuevas moléculas bioactivas.

¿Por qué buscar nuevas moléculas activas en los océanos?

La evolución ha dotado a los organismos marinos con agentes químicos muy sofisticados, que incluyen moléculas con potente actividad biológica utilizadas como método de defensa en un ambiente extremadamente competitivo y que pueden llegar a convertirse en nuevos tratamientos para enfermedades humanas. La biotecnología ha proporcionado a los investigadores herramientas que permiten agilizar el proceso de identificación y cribado de las moléculas con mayor interés potencial, abriendo nuevas vías para el aprovechamiento de los recursos genéticos marinos. Alan Dobson, profesor del Enviromental Research Institute del University College Cork, comenzó su charla explicando que, en los últimos 25 años, dos tercios de los medicamentos que se han desarrollado para tratar enfermedades humanas tienen su origen en productos naturales o en sus derivados. Aunque los descubrimientos provienen mayoritariamente de especies terrestres, es lógico pensar que los recursos naturales marinos pueden suponer una fuente similar de moléculas de interés, por lo que en las últimas décadas se han incrementado las actividades de bioprospección centradas en el medio marino.

¿Cómo se conservan las muestras?

Fernando Reyes, responsable del departamento de Química de la Fundación MEDINA, recordó durante el seminario que la obtención de un nuevo fármaco es un proceso largo y costoso, que solamente pueden abordar las empresas farmacéuticas. En el caso de los productos de origen marino, este proceso comienza con la toma de muestras, habitualmente en el marco de una campaña de investigación. En un medio como el marino, en el que las actividades de prospección son muy costosas, resulta fundamental aprovechar las expediciones, recogiendo la mayor cantidad posible de muestras para su posterior análisis en el laboratorio. Reyes destacó durante su intervención como la conservación de dichas muestras, o de los extractos derivados de ellas, implica un gran esfuerzo que busca tanto la preservación de sus características iniciales como asegurar una perfecta trazabilidad, que permita conocer en todo momento el origen y circunstancias en las que se tomó.

Partiendo de las muestras (tanto de macroorganismos como de microorganismos) y de sus extractos, los responsables de las colecciones llevan a cabo diferentes procedimientos para obtener productos puros, una tarea que simplifica el posterior trabajo de los investigadores que han de evaluar su posible actividad biológica, ya sea antibacteriana, anticancerígena, etc. En el caso de colecciones que incluyen muestras de origen marino, es necesario tener en cuenta algunas peculiaridades. Por una parte, la presencia de sal en las muestras condiciona las técnicas empleadas para la extracción. Además, cuando las muestras incluyen microorganismos, es necesario cultivarlos para obtener los productos que generan, siempre teniendo en cuenta que, en condiciones normales, los compuestos generados corresponden a la expresión de una parte limitada de su genoma. Por ello, si se quiere obtener una mayor cantidad de compuestos, es necesario cultivar los microorganismos en diferentes condiciones (en diferentes medios de cultivo, induciendo estrés, etc.) para que esos genes ocultos se expresen en la mayor medida posible.

¿Cómo se eligen las muestras con mayor actividad potencial?

Una vez recogidas las muestras y preparada la colección de extractos los investigadores se enfrentan al reto de escoger sobre qué compuestos van a empezar a trabajar. Aunque las nuevas técnicas y herramientas disponibles aceleran y abaratan el proceso de investigación, éste sigue siendo costoso, tanto en términos de tiempo como de recursos. Una primera forma de abordar la cuestión es centrar las investigaciones en especies similares a aquellas que ya se ha comprobado que producen compuestos de interés. Alan Dobson centró su charla en el trabajo que su grupo de investigación está realizando sobre dos géneros de bacterias que aparecen asociadas a esponjas marinas en aguas irlandesas: Streptomyces y Pseudovibrio. El investigador irlandés recordó que, hasta el momento, la mayor parte de los compuestos de origen marino aislados procede de invertebrados (con las esponjas situadas en primer lugar seguidas por los cnidarios), así como de las bacterias asociadas a estos organismos. Y que a partir de sustancias producidas por especies del género Streptomyces se han desarrollado un 65% de los antibióticos de origen natural.

Las herramientas biotecnológicas y bioinformáticas que han aparecido en las últimas décadas permiten priorizar los estudios sobre las muestras con mayor potencial, ahorrando recursos y tiempo. Secuenciación y minería de genomas, predicción del metaboloma secundario, expresión heteróloga de clústeres de genes silenciosos, o enfoques de metagenómica funcional… Dobson expuso de manera práctica cómo su grupo ha abordado mediante estas herramientas los diferentes pasos que dan como resultado la identificación de biomoléculas con potencial antimicrobiano o de enzimas con nuevas características de interés.

¿Cómo se caracteriza el compuesto de interés?

Una vez establecido que un determinado compuesto tiene un potencial efecto terapéutico es necesario identificarlo y caracterizarlo perfectamente desde el punto de vista químico. Esto será útil tanto para abordar una posible producción industrial de la molécula si finalmente resulta de interés, como para poder verificar que no se van a dedicar esfuerzos a investigar moléculas sobre las que ya han trabajado otros investigadores. Y es que, como recordó Marcel Jaspars, investigador del Marine Biodiscovery Centre de la Aberdeen University, la experimentación es cara y es necesario concentrar los esfuerzos en compuestos no investigados hasta el momento. A través de la comparación de características clave de los compuestos de interés con los que figuran ya en bases de datos (como MarinLit, AntiMarin o el Dictionary of Natural Products) se pueden identificar aquellas muestras que contienen compuestos nuevos, priorizando su estudio. La determinación de la estructura química de un compuesto requiere completar diferentes pasos para llevar a cabo una tarea muy compleja, que implica no solamente conocer su fórmula química y la disposición bidimensional de los átomos que lo componen, sino también la estructura 3D que le confiere sus peculiaridades y que, en muchos casos es fundamental para su actividad biológica. Aquí entran en juego, de nuevo, herramientas cada vez más avanzadas como la microscopía de fuerza atómica o el uso de software especializado que genera de manera automática diferentes estructuras posibles a partir de datos de espectroscópicos.

¿Quién se beneficia de los descubrimientos?

La regulación del uso de los recursos pesqueros, bien sea dentro o fuera de las Zonas Económicas Exclusivas, tiene una larga tradición y, hasta cierto punto, está adecuadamente definida, implementada y vigilada. Pero cuando hablamos de la explotación del potencial genético de los recursos marinos la situación es muy diferente. Alejandro Lago, gerente del Proyecto Global ABS del Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD) financiado por el Fondo para el Medio Ambiente Mundial (GEF), recordó como la distribución mundial de la biodiversidad y de los estados con mayor capacidad biotecnológica es inversa, por lo que muchos países no disponen de los conocimientos ni de la tecnología para sacar partido de esta riqueza. El Convenio sobre la Diversidad Biológica (CBD) de 1992, que introdujo los conceptos de Acceso y Reparto Justo de los Beneficios (ABS), y el posterior protocolo de Nagoya, de 2010, buscan asegurar una compensación para los propietarios de los recursos genéticos -o el conocimiento vinculado a los mismos- de los que se derivan nuevos productos. Esta compensación, puede ser monetaria o en forma de cooperación e intercambio de conocimientos y tecnología. A través de consentimientos previos informados y contratos de acuerdo mutuo, las dos partes -estados de origen y usuarios- establecen las normas que regirán el acceso y explotación de dichos recursos. Y son los estados de destino los que se encargarán de velar por el cumplimiento de lo acordado, imponiendo sanciones sobre los usuarios que no cumplan la ley.

Puede acceder a las presentaciones de los ponentes aquí.

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