Los virus son tan simples estructuralmente -comparados con otros agentes biológicos- que ni siquiera hay acuerdo sobre si están vivos. Esa sencillez les convierte en modelos tanto para la rama de la biología que intenta sintetizar artificialmente entidades biológicas como para los químicos interesados en copiar su estructura funcional. Un grupo de la Universidad Yonsei, en Seúl, presenta la síntesis del primer virus artificial que logra inactivar genes en células objetivo, por ejemplo, de tumores.
Los virus son verdaderos expertos a la hora de insertar material genético ajeno en las células de un organismo infectado -infectado por el virus-. Esa capacidad fundamenta la terapia génica, mediante la cual se introducen en las células del paciente genes para tratar enfermedades. Sin embargo, los virus pueden tener efectos secundarios, como activar una respuesta defensiva por parte del sistema inmune del paciente o incluso provocar cáncer. De ahí el interés en sintetizar químicamente estructuras moleculares de tamaño nanométrico -un nanómetro es la millonésima parte de un milímetro- que puedan llevar a cabo el mismo trabajo, pero de forma inocua.
Virus artificiales
A estas nanoestructuras, los investigadores las han bautizado como «virus artificiales». Lo malo es que los virus artificiales desarrollados hasta ahora resultan aún poco efectivos. Una de las razones es que su tamaño y forma, dos características cruciales, son todavía muy difíciles de controlar para los investigadores. La técnica más habitual para crear los virus artificiales genera estructuras amorfas o heterogéneas en su forma y tamaño, cuando lo interesante sería tener por ejemplo nanoestructuras cilíndricas o filamentosas.
Los investigadores han creado un molde molecular con una estructura proteica para construir el virus
Lo explica el equipo de Myongsoo Lee, de la Universidad de Yonsei, en Seúl, en un reciente artículo en la revista de química «Angewandte Chemie»: «Las nanoestructuras cilíndricas tienen ventajas sobre las esféricas porque persisten más tiempo en vivo, lo que podría explicar por qué existen tantos virus filamentosos en la naturaleza. Es imperativo encontrar una estrategia general del controlar la forma y el tamaño de los virus artificiales».
A la carta
Este equipo ha desarrollado una nueva técnica precisamente para eso: desarrollar virus artificiales con un tamaño y forma «a la carta». Y la han aplicado para crear el primer virus artificial con forma de filamento. Lo que hicieron los investigadores fue crear un molde molecular para construir el virus. Este molde consiste en una estructura proteica en forma de hebra doble. Cada segmento de la hebra está pensado para atraer moléculas de características precisas, lo que permite controlar la forma y el tamaño.
En la parte externa de la doble hilera se hicieron crecer brazos de proteína unidos a pequeñas piezas de ácido nucleico. Y he aquí la gracia: Estas piezas de ácido nucleico pueden diseñarse químicamente para conferirles la capacidad de acoplarse a genes específicos, y así lograr bloquear su activación. En realidad estas pequeñas hebras están hechas de ARN de interferencia, un tipo de ácido nucleico descubierto en los últimos años y que se caracteriza por destruir el gen diana al que se acopla. Es un mecanismo que se ha convertido, desde su descubrimiento, en una de las técnicas de laboratorio más habituales para silenciar genes, y una herramienta esencial para el avance de la terapia génica.
«Ladrillos» de glucosa
Pero volvamos a la hebra de virus artificial. Además de brazos con ARN de interferencia para bloquear genes diana, el virus artificial lleva en superficie «ladrillos» de glucosa, que lo ayudan a unirse a receptores de glucosa en la superficie de las células diana. Casi todas las células de mamífero tienen estos receptores de glucosa en su superficie, pero son muy numerosos, sobre todo, en las células tumorales. «Usando una nanoestructura como molde logramos demostrar que es posible construir virus artificiales bien definidos», explican los autores.
Las características funcionales del virus, y un diseño de su superficie adecuado a cada caso, «hacen que el virus artificial sea muy eficiente a la hora de insertar genes y fármacos dentro de la célula». Los investigadores han llevado a cabo ensayos en un cultivo de células tumorales humanas, y han podido comprobar que los virus artificiales transportan muy eficazmente el RNA de interferencia y logran así bloquear el gen diana.
Los virus artificiales como el presentado por el equipo de Seúl son nanoestructuras sintetizadas químicamente. Pero hay otros virus artificiales en los laboratorios construidos con técnicas biológicas y a imagen y semejanza de microorganismos ya existentes en la naturaleza. Puede que ambos abordajes acaben en lo mismo, microorganismos vivos sintetizados en el laboratorio para cumplir una función definida, pero con un punto de partida distinto. En el segundo caso, los investigadores están empezando por copiar seres que ya existen en la naturaleza, para poner a prueba su capacidad de crear “vida artificial”.
En 2002, un grupo estadounidense sintetizó el virus de la polio, en un trabajo que duró varios años. Los investigadores, con la secuencia genética del virus en la mano, se dedicaron a reproducirla uniendo pieza a pieza en el orden correcto. En 2006, el padre de la revolución genética, Craig Venter, desarrolló una nueva técnica con la que ensambló un virus artificial completo en sólo dos semanas. Se trataba de un virus que ataca bacterias y es inocuo para el hombre, pero el trabajo enseguida activó las alarmas sobre la posibilidad de sintetizar virus como arma biológica.
A principios de este año, Venter ha dado un paso más allá sintetizando en el laboratorio el mayor genoma artificial completo de un ser vivo: el de la “Mycoplasma genitalium”, una bacteria con vida independiente con el genoma más simple: 485 genes en un solo cromosoma. Los investigadores aún no han demostrado que este genoma sea funcional, es decir, que pueda dirigir el funcionamiento de un ser vivo o que contenga efectivamente las instrucciones para desarrollarlo.
Uno de los objetivos últimos de este proyecto es construir microorganismos nuevos capaces, por ejemplo, de secuestrar carbono o digerir residuos tóxicos (o, como en el caso de los virus, insertar genes en células para terapia génica). Sin embargo, aún no está claro si será posible.
