Las mil y una bases del ADN

Contando perlas. Para extraer la secuencia de bases del ADN, representada aquí por un collar de perlas de distintas letras, los científicos fabrican, a partir de un broche de secuencia conocida, collares de ADN que terminan en una perla determinada y miden su longitud. Esta longitud corresponde a la posición de la perla a partir del broche. Este procedimiento permitirá extraer toda la secuencia del genoma humano y de otras especies. Para extraer la secuencia de bases del ADN, representada aquí por un collar de perlas de distintas letras, los científicos fabrican, a partir de un broche de secuencia conocida, collares de ADN que terminan en una perla determinada y miden su longitud. Esta longitud corresponde a la posición de la perla a partir del broche. Este procedimiento permitirá extraer toda la secuencia del genoma humano y de otras especies.

Se comenta que faltan sólo unos meses, semanas quizás, para que el mundo conozca la secuencia completa y ordenada del genoma humano, es decir de todo el ADN que contienen los cromosomas de nuestra especie. Mucho se ha hablado de las posibilidades que tal conocimiento va a abrir a la ciencia básica y a la medicina. Se dispondrá de información exacta sobre el numero de genes que poseemos y sobre su secuencia, y, por consiguiente, sobre la secuencia de los aminoácidos de las proteínas que hacen funcionar la vida. Esto, a su vez, nos permitirá avanzar en el descubrimiento de la función de muchas de estas proteínas, y nos permitirá comprender mejor los mecanismos de la salud y de la enfermedad.

Todo esto es fabuloso, pero me parece que el lector se encuentra con la impresión de que casi todos estos avances de la ciencia son cosa de magia. Obtener la secuencia de los ácidos nucleicos puede ser muy importante, pero ¿cómo se las ingenian los investigadores para obtenerla? Aunque no podemos explicar aquí todo el procedimiento, sí podemos explicar su principio, y para no abandonar la magia, emplearé para explicarlo el cuento de la princesa Abdiena y sus pretendientes.

Antes de empezar esta maravillosa historia, debo recordar al lector de qué está compuesta la molécula de ADN que los científicos están secuenciando. El ADN está formado por cuatro moléculas pequeñas (denominadas bases del ADN) unidas entre sí formando dos largas cadenas, enrolladas la una sobre la otra formando una doble hélice. Estas cuatro moléculas pequeñas, llamadas adenina, timina, citosina y guanina, se representan por las letras A,T,G, y C y tienen la propiedad de que la A de una cadena se une sólo a la T de la otra, y la C a la G. Así, una cadena de secuencia ACTGGG está unida a otra de secuencia TGACCC. Por esta razón, se dice que las dos cadenas de ADN poseen secuencia complementaria. Conociendo la secuencia de una de las cadenas se conoce inmediatamente la de la otra. Además, esta complementaridad es el secreto de la reproducción molecular del ADN, ya que a partir de la secuencia de una cadena, la célula (y también un científico en un tubo) puede fabricar la de la otra. Cada cadena sirve así de molde para fabricar otra cadena igual a su complementaria y de una molécula de ADN pasamos así a tener dos.

Hasta aquí, todo bien. Pero ¿cómo averiguamos la secuencia de As, Tes, Ces, y Ges? Aquí viene en nuestra ayuda el cuento de la princesa Abdiena.

La princesa Abdiena era, por supuesto, la más hermosa del califato Cromosom. Pero a pesar de su hermosura, había rechazado a todos cuantos pretendientes la habían pretendido. Su padre, el Califa Genomé, estaba ya cansado de esta situación, por lo que dio un ultimatum a su hija Adbiena diciéndole que quien descubriese el puzzle que había preparado se casaría con ella, puesto que sin duda sería el más inteligente.

El puzzle que el Sha Genomé había ideado era este. El Sha había confeccionado un hermoso collar de cincuenta perlas de cuatro colores, amarillo, verde, azul y violeta, que se iniciaba en un hermoso broche de oro. Esto es lo único que los pretendientes sabrían del collar. El pretendiente que con su hija se casare debía averiguar la secuencia, es decir el orden de las perlas de ese collar, pero ¡sin verlo jamás! Para ello, el Sha daría a un asistente de toda confianza este collar, quien lo mantendría oculto, junto con perlas e hilo para fabricar collares de la manera en que quisieran los pretendientes. El asistente podría ver la secuencia de perlas del collar, pero las perlas de las que dispondría serían de colores completamente diferentes a los de las perlas del collar. El asistente no podría, por tanto, fabricar nunca un collar idéntico al que el Sha había confeccionado. Los participantes podrían preguntar y pedirle al ayudante lo que quisieran, pero este sólo podría responder a sus preguntas. . .con números.

Abdiena estaba muy contenta porque pensaba que se iba a quedar soltera. Estaba segura de que nadie sería capaz de adivinar la secuencia de las cincuenta perlas del collar. Pero Abdiena se equivocaba. El príncipe Aerrena, el más apuesto de sus pretendientes, y también el más inteligente, tras mucho pensar, descubrió un método para desvelar la secuencia de perlas respetando las condiciones dictadas por el Sha. El principe se dio cuenta de algo muy sencillo. Si, por ejemplo, desde el broche del collar contaba las perlas hasta la primera perla amarilla, la longitud de esa tira de perlas le indicaría su posición. En otras palabras, podría decirle al ayudante: “fabrícame, comenzando en el broche, un collar hasta la primera perla amarilla y dime cuantas perlas tiene”. El príncipe apuntaría el resultado (un número, claro está) y le pediría al ayudante de nuevo: “fabrícame un collar hasta la segunda perla amarilla y dime cuantas perlas tiene”. Y así hasta que la última perla amarilla fuera alcanzada. El principe tendría así una lista de números que indicarían las posiciones, desde el broche, de las perlas amarillas. Si hacía lo mismo con las perlas verdes, violetas y azules tendría una serie de números para cada color que acabarían por indicarle las posiciones de todas las perlas del collar. Sencillo, ¿no?

Este es el principio del método que el científico Fredecick Sanger y su equipo inventaron y que les valió el premio Nobel. Aprovechando la capacidad del ADN para copiarse a sí mismo, utilizan un truco similar al del príncipe y fabrican fragmentos desde un punto inicial (el “broche”) que acaban en una letra determinada, por ejemplo la A, y miden su longitud con un método sencillo. Esto lo hacen con las cuatro letras, por lo que así pueden saber dónde se encuentran éstas a partir del punto inicial, logrando así la secuencia de letras completa. De esta manera, y utilizando este método con muchos fragmentos de ADN diferentes del genoma humano, los científicos han sido capaces de obtener las secuencia de sus miles de millones de letras. Un trabajo hercúleo.

La princesa Abdiena no tuvo más remedio que casarse con el príncipe Aerrena. Fueron muy felices y tuvieron un hija, a quien llamaron Prótea, y que se convirtió en la más hermosa princesa de cuantas habían existido, exceptuando a su propia madre.

Bodas de Plata para los Anticuerpos Monoclonales

Cuando un linfocito B (izquierda) se encuentra con su antígeno, se activa (derecha) y comienza a producir anticuerpos, moléculas en forma de Y. Los anticuerpos monoclonales son todos idénticos, derivados de la misma célula que se ha conseguido multiplicar en el laboratorio para producirlo.

Aunque sólo sea por haber trabajado durante más de ocho años como investigador y revisor de solicitudes de investigación clínica en la División de Anticuerpos Monoclonales de la Food and Drug Administration estadounidense, debo escribir solo fueran unas palabras sobre los anticuerpos monoclonales. Pero además de las razones sentimentales, existen razones científicas, porque estas maravillosas moléculas no han cedido aún todos sus secretos.

Los anticuerpos son proteínas producidas por el tipo de glóbulos blancos de la sangre denominados linfocitos B. Tenemos millones de estos circulando por nuestro cuerpo, y cada uno es capaz de producir un anticuerpo diferente. Que lo produzcan o no depende de que el linfocito se active, es decir, se encuentre con una sustancia, denominada antígeno, que le induzca a crecer y a multiplicarse, y a producir anticuerpos contra ella. En este caso, el linfocito se autoclona, o sea, produce copias idénticas de sí mismo, todas produciendo, a su vez, moléculas de anticuerpo idénticas, dirigidas a neutralizar al mismo antígeno. Todos los linfocitos de la sangre capaces de reaccionar contra distintas partes de la molécula de antígeno producirán sus propios clones, que fabricarán anticuerpos ligeramente diferentes contra distintas partes del antígeno. Estos anticuerpos, procedentes de muchos clones de linfocitos diferentes, se denominan policlonales.

Es interesante, por muchas razones, poder disponer de un solo linfocito que produzca un solo clon, y un solo anticuerpo, por ejemplo el que más eficazmente luche contra el antígeno. Sin embargo, los linfocitos B normales mueren tras un tiempo relativamente corto. No se pueden, pues, cultivar en el laboratorio, manteniéndolos indefinidamente con vida para recuperar los anticuerpos que producen. Es imposible, por tanto, inyectar un antígeno a un animal, por ejemplo una bacteria patógena, recuperar uno de sus linfocitos B y reproducirlo miles de millones de veces en frascos de cultivo y que produzcan así grandes cantidades de anticuerpo para su uso clínico. Esto es lo que llamaríamos un anticuerpo monoclonal, y este año se cumple el vigésimo quinto aniversario de la obtención del primero. Sus creadores, los científicos César Milstein y George Kohler, recibieron el premio Nobel por este logro. Desde que la producción de estas moléculas fue posible, los anticuerpos monoclonales han sido herramientas muy importantes tanto en la diagnosis como en la terapia de muchas enfermedades, entre ellas el cáncer.

Pero, ¿cómo consiguieron esos dos científicos crear el primer anticuerpo monoclonal? Existe un tipo de cáncer de las células inmunes, el mieloma, que se caracteriza por que una célula productora de anticuerpos se ha convertido en tumoral y se reproduce sin descanso, fabricando una gran cantidad de anticuerpo. Como la célula es tumoral, no muere en un frasco de cultivo, y se puede usar para reproducirla y fabricar cantidades ilimitadas del anticuerpo que produce. Desgraciadamente, el problema es que no sabemos contra qué antígeno va dirigido ese anticuerpo, ya que las células tumorales surgen al azar de entre todos los linfocitos, activados o no, por lo que cultivarlas sumidos en ese tipo de ignorancia no tiene utilidad alguna. ¿No sería fantástico disponer de una célula tumoral que produjera un anticuerpo contra el antígeno que nosotros queramos?

Lo que Misltein y Kohler hicieron fue fusionar una célula de mieloma con un linfocito B activado contra el antígeno que ellos habían elegido. De la fusión celular surgió una nueva célula, mezcla de las dos anteriores, que nunca antes la Naturaleza había visto. Esta nueva célula fusionada tenía la propiedad de ser inmortal, como la célula tumoral, pero también la de producir anticuerpos contra el antígeno de elección. La célula podía cultivarse en el laboratorio indefinidamente. Se abrió así la llave a la producción de enormes cantidades de anticuerpos idénticos, monoclonales, dirigidos contra antígenos de interés clínico, entre ellos los antígenos tumorales. La manera en que se hace esto es inyectar a un animal, en general, un ratón, células tumorales humanas, aislar sus linfocitos y fusionarlos con una célula de mieloma. Las células fusionadas productoras de los mejores anticuerpos contra el tumor son seleccionadas para su cultivo.

Pero, ¿cómo funcionan los anticuerpos? Los anticuerpos son moléculas en forma de Y que constan de dos partes fundamentales: la parte que se une al antígeno, la cual se encuentra en los brazos de la Y, y otra parte, denominada Fc, de la que existen varias clases, que cumple la función de unirse a moléculas o células del sistema inmune especializadas en destruir a los antígenos. Estas moléculas o células no pueden actuar contra el antígeno a menos que un anticuerpo lo haya descubierto antes rondando por ahí. La parte que se une al antígeno es diferente para cada anticuerpo, pero el resto de la molécula es común para todos.

La Food and Drug Administration ha concedido su autorización a la puesta en el mercado de varios anticuerpos monoclonales para el diagnóstico o el tratamiento del cáncer. El más reciente, denominado, Trastuzumab (vaya nombrecito), se dirige contra una molécula presente en la superficie de las células de cáncer de mama. Esta molécula es responsable de enviar al interior de las células tumorales señales que las inducen a crecer. El anticuerpo se une a esta molécula e impide que esta envié dichas señales, retrasando, aunque no bloqueando completamente, el crecimiento tumoral. En este caso, la parte Fc del anticuerpo no parece ejercer ningún efecto antitumoral.

De hecho, hasta hace poco se pensaba que el efecto antitumoral de los anticuerpos se debía exclusivamente a su región de unión con el antígeno, pero no a su región Fc, que no funcionaba en el entorno tumoral. Datos recientes, sin embargo, indican que la región Fc puede también desempeñar un papel antitumoral importante al atraer células destructoras. Las distintas clases de Fc no poseen la misma capacidad para atraer a las células destructivas. Desgraciadamente, hasta la fecha se ha dedicado un gran esfuerzo en mejorar la parte de los anticuerpos que se une al antígeno, pero se ha “olvidado” o incluso suprimido, la parte Fc. El nuevo descubrimiento de su importancia antitumoral abre pues nuevas perspectivas para la producción de anticuerpos antitumorales más activos que, además de unirse muy específicamente a las células cancerosas, dejando en paz a las normales, induzcan su destrucción más eficazmente. A pesar de que ya tienen veinticinco años, el uso de los anticuerpos monoclonales en la Medicina parece tener un futuro esperanzador para todos.