Medicamentos biofarmacéuticos. El ADN recombinante
en la producción de vacunas/proteínas terapéuticas
Medicamentos biofarmacéuticos. Vacunas/Proteínas terapéuticas.
Los medicamentos biofarmacéuticos (en inglés, Biopharmaceuticals) son obtenidos por biotecnología en un proceso en el que se emplean organismos vivos para obtener medicamentos. En sentido estricto, los primeros medicamentos biotecnológicos fueron las vacunas convencionales obtenidas por Pasteur (siglo XIX) y desarrolladas a lo largo del siglo XX, y los antibióticos (a partir de 1940) si bien, en general, el término se aplica a los medicamentos de origen proteico como los anticuerpos monoclonales o las proteínas/vacunas terapéuticas obtenidas por tecnología de ADN recombinante.
Gracias a esta tecnología que surge en 1980, se ha logrado la expresión de biofármacos, proteínas recombinantes, utilizando bacterias, levaduras, células de mamíferos, células de insectos, plantas o animales transgénicos. Escherichia coli ofrece una tasa de crecimiento rápida y alto rendimiento. La levadura Saccaromyces cerevisiae proporciona también modificaciones post-traducción como glucosidación, fosforilación etc.
Proteínas recombinantes de extraordinaria repercusión en salud humana y animal se han logrado en época temprana y han representado un extraordinario avance farmacéutico, tal es el caso de la insulina humana, la hormona de crecimiento, factores de la coagulación, eritropoyetina recombinante (epoetina), vacuna de la hepatitis B, vacuna del virus del papiloma (HPV, Human Papilloma Virus, virus productor del cáncer de cuello de útero) así como vacunas animales como la de la peste porcina, etc. (Figura 1).
La tecnología de ADN recombinante proporciona una poderosa herramienta para el desarrollo y producción de proteínas/vacunas terapéuticas. Requiere un gen que codifica una determinada proteína y una célula factoría que, cuando se cultiva en medios adecuados proporciona esa proteína en cantidades industriales (Figura 2).
Tenemos así dos grandes apartados: la obtención del gen y su incorporación en una célula factoría.
Obtención/síntesis del gen
La obtención/síntesis del gen (un trozo o fragmento de ADN) es un ejemplo de cooperación de la Química con la Biología. Primero, por síntesis química en fase sólida, automatizada, se obtiene un fragmento muy pequeño de ADN (20-30 nucleótidos) y después se multiplica exponencialmente mediante la reacción en cadena de la polimerasa (PCR, Polimerase Chain Reaction).
La imprenta el siglo XX. La Reacción en Cadena de la Polimerasa, Polymerase Chain Reaction (PCR)
Una técnica revolucionaria que ha conducido al avance espectacular de la Ingeniería Genética es la PCR introducida en 1987 por Kary Mullis, Premio Nobel de Medicina (1993), investigador de Cetus Corporation, en Berkeley (California). La reacción PCR viene a ser la imprenta con la que podemos reproducir los genes. Algo similar ocurrió varios siglos antes cuando Gutemberg inventó la imprenta. Si la imprenta de Gutemberg permite reproducir la palabra escrita, la PCR permite reproducir los genes.
Con la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) se multiplica exponencialmente un fragmento seleccionado de ADN de forma muy eficaz. La multiplicación del ADN se lleva a cabo con la polimerasa térmicamente estable de Thermus aquaticus, aislada por Kary Mullis, en 1985, de las fuentes termales del parque nacional de Yellowstone, EE.UU.
Puede ser cualquier trozo de ADN del que se conozcan los extremos de las secuencias, o sea, el orden de las bases (En teoría, puede ser incluso solo una molécula de ADN). Al final se tiene una solución de ADN con la que se puede trabajar.
La multiplicación exponencial de mínimas muestras de ADN en materiales biológicos (sangre, pelos, uñas...que vemos en la prensa) se realiza en aparatos conocidos como termocicladores, habituales en laboratorios que trabajan con ADN.
Recombinacion del ADN
En la figura 2 se incluye un esquema general muy resumido de la tecnología de ADN recombinante. Básicamente, la tecnología del ADN recombinante surge en un Congreso en Hawai, en 1972, donde el Prof. Stanley Cohen, de la Universidad de Stanford, pionero en el estudio de plásmidos y el Prof. Herbert Boyer, de la Universidad de California en San Francisco ponen el embrión de esta tecnología, simplificada en los términos de cortar, pegar y copiar.
Mediante tijeras bioquímicas conocidas como enzimas de restricción (endonucleasas) se cortan los enlaces éster fosfórico del ADN en lugares específicos y después mediante otras enzimas conocidas como ligasas, se pega a un vector o portador llamado plásmido que se introduce en la célula hospedadora o célula factoría.
El plásmido se expresa autónomamente y produce la proteína que codifica el gen que lleva incorporado. Este es el método de clonación de Cohen-Boyer, (Prof. Stanley Cohen, Premio Nobel de Medicina, 1986).
Más de un centenar de medicamentos biofarmacéuticos (obviamente, proteínas) en el mercado constituyen un arsenal extremadamente valioso que han contribuido a alcanzar y mantener la calidad de vida que disfruta no solo el ser humano sino también de los animales.