Se accede al cien por ciento del "Genoma Humano", y ahora se utilizaran "nanorrobots" en tratamientos médicos cerebrales.

Hace 21 años se publicó la secuenciación del "genoma humano" en dos versiones: una alcanzada por el consorcio público Proyecto Genoma Humano (PGH) y otra, por la compañía privada Celera Genomics. De esta forma, de cara al público, acababa en empate una carrera por ser el primero en descifrar nuestro manual de instrucciones, cada una de las letras que conforman el Ácido Desoxirribonucleico (ADN) de una persona (al menos eso se creyó). El primer borrador del genoma humano fue anunciado en una ceremonia celebrada en la Casa Blanca en el año 2000 por los responsables de dos entidades ya mencionadas. Sin embargo, aún quedaba más por conocer, ello debido a que las secuenciaciones que se presentaron entonces, si bien han supuesto un logro esencial en la investigación biomédica, eran incompletas, pues una parte no desdeñable del ADN era materia desconocida.

El genoma humano está formado por unos tres mil 100 millones de subunidades de ADN, pares de bases químicas (nucleotidos): adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina (T). Los genes son cadenas de estos pares identificados con letras que contienen instrucciones para fabricar proteínas, los componentes básicos de la vida. Los seres humanos tienen unos treinta mil genes, organizados en veintitrés grupos llamados "cromosomas" que se encuentran en el núcleo de cada célula.

Con los logros obtenidos en la traducción de los genomas, ahora se conoce que contenido comparten especies distintas, aquí el diagrama que muestra los contenidos compartidos entre "la mosca mediterránea de la Fruta" (Ceratitis capitata) y (Drosophila melanogaster), también llamada "mosca del vinagre o de la fruta". Tomada de ResearchGate .net.

De esto eran conscientes científicos como el doctor y profesor Evan Eichler, que es un investigador del Instituto Médico Howard Hughes (HHMI) de la Universidad de Washington  en Seattle, quién participó en el Proyecto Genoma Humano. 

Se sabe que la secuenciación que culminaron a principios del siglo Veintiuno se consideró "completa", pero, existían fragmentos que tenían secuencias muy repetidas y que fueron descartadas, al considerarlas como "desechos", por no tener relevancia biológica. Y fue,  precisamente en esos "vacíos", en esos lugares se encontraban las regiones en las que el doctor Eichler estaba interesado. Por ello, se comprometió a terminar algún día el trabajo: tenía que leer todo el genoma, sin saltarse ningún párrafo, sin espacios desconocidos.

Imagen del Genoma Humano Completo. Tomada de Es. Gizmodo.com

Otros muchos científicos, se preguntaron por ese ADN desdeñado y ello les llevó a ponerse a laborar y planearon acometer esa brecha en la secuenciación. Utilizando la herramienta del Zoom y teletrabajo durante la pandemia, cerca de cien investigadores, muchos de ellos en el inicio de sus carreras, se sumaron al consorcio "Telomere-to-Telomere" (T2T), dirigido por  el doctor Adam Phillippy, del "Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano" (Nhgri), y la experta en genoma, la doctora Karen Miga, de la Universidad de California en Santa Cruz (UCSC).

Este equipo de científicos del (T2T), nos dice haber ensamblado por fin el plano genético completo de la vida humana, al añadir las piezas que faltaban a un rompecabezas que casi fue completado hace dos décadas.

Fue en el año 2000 cuando se anunció la primera secuenciación incompleta del genoma humano; 22 años después se logró secuenciar por completo. Foto Ap

En una investigación publicada el 30 de marzo pasado, en la revista "Science", el grupo de investigadores internacionales describió la primera secuenciación del genoma humano completo, es decir, "capítulos que nunca antes se habían leído" del libro genético de la vida, el conjunto de instrucciones para construir y mantener a un ser humano. De "telómero a telómero", o de punta a punta de los cromosomas, han ensamblado esta nueva versión, que presentaron hace unos meses, sin revisión de pares, en "bioRxiv.org." Ahora, la revista científica por excelencia publica en el número de esta semana seis estudios con las conclusiones de su investigación. Los trabajos previos, celebrados en todo el mundo, estaban incompletos debido a que las tecnologías de secuenciación del ADN de la época no eran capaces de leer ciertas regiones genómicas. Incluso después de las actualizaciones, faltaba aproximadamente el ocho por ciento del genoma.

También tenemos regiones de importancia biológica como los "centrómeros", la parte central de los cromosomas, con fragmentos secuenciados muy repetidos que no se han terminado de ensamblar correctamente. Todas esas partes aún desconocidas, que como antes se mencionó, suponen alrededor del ocho por ciento del genoma. El consorcio (T2T) las ha descifrado, añadiendo así doscientos millones de nucleótidos (algo similar al tamaño de un cromosoma completo) en su nueva versión, llamada "T2T-CHM13".

El nuevo genoma de referencia procede de una línea celular derivada de un tipo de tumor (mola hidatiforme) que aparece cuando el óvulo pierde su propio genoma en el útero y es fecundado por el espermatozoide. Los científicos escogieron este tipo de célula por simplificar la tarea, pues cuenta con dos copias idénticas de cada cromosoma, a diferencia de la mayoría de las células humanas, que tienen dos copias ligeramente diferentes, del padre y de la madre.

El hecho de que en estas regiones del ADN no se hubieran encontrado antes, con sus muchos genes codificadores de proteínas, contribuyó a que cayeran en el ostracismo. Pero esta tendencia desde hace años se ha estado revirtiendo a medida que se demuestra su relevancia, por ejemplo, en la expresión génica y en ciertas enfermedades, situación que ha señalado, una de las autoras, Megan Dennis, doctora en Genética y Medicina Genómica, del Instituto del Centro de Investigación y Tratamiento (MIND) en la Universidad de California, en Davis: "estas son regiones importantes pero difíciles de secuenciar".

En las regiones correspondientes a ese 8%, se han encontrado genes y también niveles inesperadamente altos de variación genética en los "centrómeros". Para el codirector Adam Phillippy estamos ante "un nuevo cofre del tesoro de variantes que podemos estudiar para ver si tienen un significado funcional". El genetista considera que "en el futuro, cuando se secuencie el genoma de alguien, podremos identificar todas las variantes en su ADN y usar esa información para guiar mejor la atención médica". En ello coincide la codirectora Karen Miga, que se muestra expectante ante "la próxima década de descubrimientos sobre estas regiones que se acaban de revelar".

La versión de referencia del genoma humano que se utiliza hoy en laboratorios de todo el mundo (GRCh38, que parte de la secuenciación inicial del PGH) tiene millones de bases (nucleótidos, las letras que se suceden en el ADN) representadas por la letra "N", lo que significa que se desconoce qué base se encuentra en esa posición explica en la mencionada  revista "Science" la doctora genetista Deanna M. Church, que no fue participante del proyecto, pero que cobrara fama por su trabajo "Haciendo del Genoma un Lugar más Amigable".

Comentó Evan Eichler, investigador de la Universidad de Washington que participó en este proyecto y en el "Proyecto Genoma Humano original": "Algunos de los genes que nos hacen inequívocamente humanos estaban en realidad en esta ‘materia oscura del genoma’ y faltaban por completo; se llevó más de veinte años, pero finalmente lo conseguimos.

Muchas personas —incluidos los propios alumnos de Eichler— pensaban que el proyecto ya se había terminado. “Les estaba dando clases y dijeron: ‘Espera un momento. ¿No es esta como la sexta vez que ustedes han cantado victoria?' Les dije: ‘No, ¡esta vez realmente lo logramos!’”.

Según los científicos, esta imagen completa del genoma le dará a la humanidad una mayor comprensión de nuestra evolución y biología, además de abrir la puerta a descubrimientos médicos en áreas como el envejecimiento, las afecciones neurodegenerativas, el cáncer y las enfermedades cardíacas. Por esto, Karen Miga, autora de uno de los seis estudios publicados el jueves 30 de marzo, dijo: “Estamos ampliando nuestras oportunidades para entender las enfermedades humanas”.

La Zona Gris del Genoma. Tomada de El Mundo

Con la resolución de las zonas grises, se han identificado secuencias que podrían estar relacionadas con síntesis de proteína, por lo que podríamos estar, por ejemplo, ante genes que potencialmente secuencien proteínas hasta ahora desconocidas. También será útil para los estudios sobre la evolución y los ancestros, y para identificar cambios en esas regiones repetitivas que puedan asociarse a enfermedades.

Hace unos años, el doctor Jair Tenorio, que es licenciado en Biología por la Universidad Autónoma de Madrid, con maestría en Investigaciones farmacológicas y doctorado en Biociencias Moleculares, y que fuera profesor asociado en la facultad de medicina de la Universidad de Stanford, actualmente trabaja en el Instituto de Genética Médica y Molecular (INGEMM) del Hospital Universitario La Paz, y es portavoz de la "Asociación Española de Genética Humana" (AEGH), junto a otros investigadores, identificó un nuevo síndrome, cuyo nombre es "Síndrome de Tenorio", y del que recientemente se han encontrado nuevos casos. El investigador especula que el nuevo genoma de referencia pueda servir para resolver la incógnita en otros cuadros clínicos cuya causa no se conoce y que estén ligados a las regiones resueltas.

A raíz de este nuevo avance el doctor Jair Tenorio , en su carácter de portavoz de la asociación dijo que: "Por primera vez, gracias a nuevas tecnologías se puede llegar a esta resolución tan alta de la secuencia completa del ADN". Y también, se ha conocido la declaración del genetista Pablo Daniel Lapunzina Badía, que es el facultativo Especialista del área de Genética del "Instituto de Genética Médica y Molecular" (Ingemm) del Hospital Universitario La Paz en Madrid: "La secuenciación descifra todos los cromosomas, salvo el "Y", porque no estaba presente en la línea celular que han utilizado. No obstante es hasta la fecha es el genoma con más detalle y resolución publicado. Esta secuenciación ha sido posible gracias a la tecnología de nueva generación que permite completar los fragmentos de ADN hasta ahora no conocidos por limitaciones técnicas".

 

Erich Jarvis, neurogenetista de la Universidad Rockefeller, ha dicho: "La línea celular con un solo genoma, "hizo posible el ensamblaje", la Lectura Larga, fue el Método clave para 'Descifprar' La Zona Gris. Eso, y los avances tecnológicos. Mientras que para la secuenciación se han usado dos métodos de "lectura larga" (long-read): Oxford Nanopore, que puede leer hasta un millón de letras de ADN de una tarascada, aunque con una precisión modesta, y PacBio HiFi, que lee unas veinte mil letras casi a la perfección.

Como recuerda Jair Tenorio, frente a estas técnicas de (long-read), que permiten secuenciar fragmentos muy largos, los métodos convencionales de lectura, solamente otorgan fragmentos cortos de un mil letras: "Al poder secuenciar fragmentos muy grandes se resuelve la secuencia de manera fidedigna, especialmente en las "regiones centroméricas o teloméricas", donde se concentran muchas repeticiones".

Fotografía de Adam Phillippy y Karen Miga, líderes del Consorcio T2T. Tomada de El día De Valladolid

De hecho, esta versión del genoma humano del consorcio (T2T), ya está siendo utilizado para volver a analizar los genomas recopilados por el "Proyecto 1000 Genomas", que es una iniciativa internacional para analizar el material genético de un mil personas en todo el mundo, con la finalidad de obtener una base de datos que permita estudiar la variabilidad genética humana.

Todo apunta a que seguiremos hablando del consorcio (T2T) en un futuro, pues sus miembros afirman que ya están trabajando para secuenciar un genoma con diferentes cromosomas heredados de padre y madres. También han iniciado una colaboración para obtener un pangenoma, con secuencias de ADN completas de cientos de personas de todo el mundo, para obtener una representación más afinada de la diversidad humana. Parece que con el genoma humano, como ocurre con los buenos libros, siempre se descubre algo nuevo al volver a leerlo.

Michael Shpigelmacher muestra uno de los modelos del artefacto, llamado Bionaut. Foto Afp

Y estos fantásticos resultados recientemente obtenidos, no se dan en un solo campo, al ser grandes los números de los estudiosos investigadores en las áreas de medicina, ahora dan a conocer un logro en el campo de los nanorrobots, y es que proyectan un Tratamiento de trastornos cerebrales con microrrobots.

Enviar robots en miniatura al interior del cráneo humano para tratar trastornos cerebrales ha sido durante mucho tiempo materia de "ciencia ficción", pero pronto podría convertirse en realidad, según una empresa emergente de California.

La empresa involucrada es "Bionaut Labs", que es quien planea sus primeros ensayos clínicos en humanos en dos años para sus "muy pequeños robots inyectables", que pueden ser guiados cuidadosamente a través del cerebro con el uso de imanes.

Señaló Michael Shpigelmacher, cofundador y director ejecutivo de la empresa: “La idea del microrrobot surgió mucho antes de que yo naciera, uno de los ejemplos más famosos es un  una película llamada "Viaje Fantástico" y libro (Viaje Alucinante) de Isaac Asimov, ambos de 1966, donde un equipo de científicos entra en una nave miniatura al cerebro para tratar un coágulo."

Según se documentó, el físico teórico Richard Feynman (1918 - 1988), afirmó que fue en 1959 cuando un ex colaborador suyo, le sugirió originalmente acerca de  la idea de un uso médico para las "micromáquinas teóricas de Feynman", la idea fue incorporada en un ensayo publicado en ese mismo año, "Ther's Plenty of Room at the Bottom" y en español "Hay Mucho Espacio en el Fondo".

Así lo describe Feynman: "Un amigo mío (Albert R. Hibbs) sugiere una posibilidad muy interesante para máquinas relativamente pequeñas. Dice que, aunque es una idea muy descabellada, sería interesante en cirugía si pudieras tragarte al cirujano. Pones al cirujano mecánico dentro del vaso sanguíneo y entra en el corazón y "mira" a su alrededor. (Por supuesto, la información tiene que ser suministrada). Averigua qué válvula es la defectuosa y toma un pequeño cuchillo y la corta. Otras pequeñas máquinas pueden incorporarse permanentemente en el cuerpo para ayudar a algún órgano que no funcione correctamente".

Nos referimos a la "nanorrobótica" una de las tecnologías emergentes, cuyo objetivo es crear máquinas con componentes cercanos a la "escala nanométrica", es decir, con el "nanómetro" (nm) que es la unidad de longitud del Sistema Internacional de Unidades (SI) que equivale a una mil millonésima parte de un metro (1 nm = 10 a la menos 9 m; esto es 1 / 1 000 000 000) o sea la millonésima parte de un milímetro. De una forma más específica, la "nanorrobótica" se refiere a la ingeniería "nano tecnológica"  del diseño y construcción de "nanorrobots", teniendo estos dispositivos un tamaño de alrededor de 0.1 a 10 micras o micrómetros, y están construidos con componentes de "nanoescala" o moleculares.

Así como los teléfonos celulares ahora tienen componentes extremadamente poderosos que son más pequeños que un grano de arroz, la tecnología detrás de los microrrobots “que solía ser ciencia ficción en las décadas de 1950 y 1960 ahora es un hecho científico”, aseguró Shpigelmacher.

Ilustración de nano robots. Tomada de Europa Press.

“Queremos tomar esa vieja idea y convertirla en realidad”, compartió a la Agencia francesa de prensa (Afp) el científico de 53 años durante un recorrido por el centro de investigación y desarrollo de su empresa en Los Ángeles.

Conjuntamente con la red de los prestigiosos Institutos de investigación Max Planck de Alemania, Bionaut Labs decidió usar energía magnética para impulsar a los robots, en lugar de técnicas ópticas o ultrasónicas, porque no daña el cuerpo humano.

Las bobinas magnéticas colocadas fuera del cráneo del paciente están conectadas a una computadora que puede maniobrar remota y delicadamente el microrrobot hacia la parte afectada del cerebro, antes de retirarlo por la misma ruta. Adicionalmente se observa que todo el aparato es fácilmente transportable, a diferencia de una resonancia magnética, y utiliza de entre diez y cien veces menos electricidad.

En una simulación observada por la agencia (Afp), el robot –cilindro de metal de unos milímetros de largo, con forma de bala diminuta– sigue lentamente una trayectoria pre-programada a través de un recipiente lleno de gel, que emula la densidad del cuerpo humano. Así, una vez que se acerca a una bolsa llena de líquido azul, se impulsa rápidamente como un cohete y la perfora con su extremo puntiagudo, permitiendo que el líquido fluya.

Los inventores esperan usar el robot para perforar "quistes" llenos de líquido dentro del cerebro cuando comiencen los ensayos clínicos en dos años. Y en caso de ser exitoso el resultado, entonces, el proceso podría utilizarse para tratar, por ejemplo, el síndrome de Dandy-Walker, rara malformación cerebral que afecta a los niños. Este consiste en  una condición de anomalías cerebrales, en el que el cerebelo, la parte del cerebro responsable de la coordinación de movimientos está malformada. Esto es que la mayoría de la ocasiones la parte central del cerebelo, llamado "vermis" esta ausente o no se desarrollo completamente. El "vermis" es una estructura estrecha y en forma de gusano,  este pequeño órgano es el sitio de la terminación de las vías nerviosas que llevan la "propiocepción" (esta eses la capacidad de sentir la posición relativa de partes corporales contiguas) inconsciente, asiento de diferentes enfermedades, y está situada entre los hemisferios del cerebelo. 

Las personas que padecen la enfermedad congénita pueden experimentar quistes del tamaño de una pelota de golf, que se hinchan y aumentan la presión sobre el cerebro, lo que desencadena una serie de condiciones neurológicas peligrosas.

Algunas de las anomalías cerebrales congénitas pueden ser malformaciones de Dandy-Walker, holoprosencenfalia (HPE), ezquizoencefalia, agenesia del cuerpo calloso (ACC) , quiste aracnoideo, hidrocefalia e hidranencefalia.

Destacó Shpigelmacher, en su presentación: "Bionaut Labs ya probó sus robots en animales grandes como ovejas y cerdos, y los datos muestran que la tecnología es segura para los humanos. Si se aprueba, los robots podrían ofrecer ventajas claves sobre los tratamientos existentes para los trastornos cerebrales. Hoy día, la mayoría de las cirugías cerebrales se limitan a líneas rectas: si no tienes una hacia el objetivo, estás atascado, no vas a llegar allí. La tecnología micro-robótica permite alcanzar objetivos repetidamente en la trayectoria más segura posible”.

Composición ilustrativa de los mini robots. Tomada de Chemistry Europe. online library. Whiley. com.

El año pasado, en los Estados Unidos, la Administración de Drogas y Alimentos  (FDA), otorgó a Bionaut Labs aprobaciones que allanan el camino para los ensayos clínicos a fin de tratar el síndrome de Dandy-Walker, así como los gliomas malignos, tumores cerebrales cancerosos que a menudo se consideran inoperables.

Los gliomas pueden afectar la función cerebral y ser potencialmente mortales según su ubicación y velocidad de crecimiento, son uno de los tipos más comunes de tumores cerebrales primarios.

En este último caso, los micro-robots se utilizarán para inyectar medicamentos contra el cáncer directamente en los tumores en un “ataque quirúrgico”.

Los avances en la ciencias médicas no se detienen, lo que clarifica el estado primario que aún mantiene la humanidad al respecto, hay grandes avances, pero queda mucho por comprender, por aprender, por desarrollar las metodologías e instrumentar  las tecnologías que permitan la curación de tantos procesos incorrectos que la naturaleza permite en el funcionamiento y desarrollo del organismo humano. Y es que ahora con la cantidad de personas que convivimos en el planeta, se amplia enormemente la variabilidad de situaciones que los investigadores, médicos y científicos encuentran.

La Machincuepa Cuántica mantendrá atención en estos temas, dado que es importante que se mantenga el interés en estas materias que pueden beneficiar a millones de seres humanos y encuentro un analogía entre estos artefactos y los productos que se obtienen para la investigación extra planetaria, como las sondas espaciales, pudiera ser que las ideas de ambas esferas de investigación tengan variables en común, aun cuando la escala es diferente.