EL PREMIO NOBEL EN FISIOLOGÍA O MEDICINA 2020

El planeta de los virus: el virus vhc responsable de la hepatitis c

Parafraseando el título de una famosa película protagonizada por Charlton Heston (“El planeta de los simios”), hago mías las palabras del periodista Juan Ochoa de Eribe que decía, a raíz de la pandemia del coronavirus, que habitamos en el “planeta de los virus” (El Mundo, 8 abril 2020, p.18). Se calcula que existen más de 100 millones de tipos diferentes de virus, infectando a 1.750.000 especies distintas, jugando un papel importante en nuestro ecosistema. La inmensa mayoría son inocuos para la humanidad. Hasta 2012 solamente se habían identificado 219 tipos (¿especies?) de virus capaces de infectar al ser humano, descubriéndose 3 ó 4 nuevos tipos cada año. Al menos dos tercios serían capaces de infectar también otros huéspedes no humanos, principalmente mamíferos y en ocasiones aves. Unos 110 tipos de virus son capaces de transmitirse entre personas y solamente 55 tienen capacidad epidémica. Se estima que en los océanos existen 1031 partículas virales (1)

Se ha planteado muchas veces la cuestión de si los virus son organismos vivos o no; para mí sí lo son aunque sean poco más que ácido nucleico (ADN o ARN) y proteínas. No tienen todos los ingredientes que utilizan las células para vivir, pero los utilizan en su propio beneficio (multiplicarse). El virión es la partícula viral inerte cuando está fuera de la célula. Los virus no pueden vivir fuera de una célula.

Aunque parezca algo apocalíptico, las citas que hago a continuación sobre el ADN egoísta tienen que hacernos reflexionar. ¿Qué sentido biológico tiene una pandemia como, por ejemplo, la del SARS CoV-2 que estamos padeciendo en la actualidad? ¿Y desde el punto de vista evolutivo?
“Los virus son malas noticias envueltas en proteínas”, decía Peter Medawar, Premio Nobel en Fisiología o Medicina 1960. Las malas noticias pueden venir escritas en dos alfabetos distintos, según que su genoma sea de ADN o de ARN. Son como “caramelos envenenados”, me atrevería a decir yo.
“El ADN ni se preocupa ni conoce. El ADN nada más es. Y nosotros danzamos al son de su música, decía Richard Dawkins (“El gen egoísta”).
“El ADN proporciona la música; nuestras células y el ambiente proporcionan la orquesta” (J. Craig Venter).
Según la Organización Mundial de la Salud (consulta web 5/10/2020),  el virus de la hepatitis C (VHC) se transmite a través de la sangre: la mayoría de la infecciones se producen por exposición a pequeñas cantidades de sangre. Ello puede ocurrir por consumo de drogas inyectables, prácticas de inyección o de atención sanitaria poco seguras, transfusión de sangre y productos sanguíneos sin analizar, y prácticas sexuales que conllevan contacto con sangre,
71 millones de personas con infección crónica de VHC, muchas de las cuales sufrirán cirrosis o cáncer de hígado (hepatocarcinoma), en 2016 murieron 399.000 personas, los antivíricos pueden curar más del 95% de los casos, pero el acceso al diagnóstico y tratamiento es limitado (desequilibrio mundial), no hay todavía vacunas contra la hepatitis C.

Clasificacíón de los virus

Hay varias formas de clasificar los virus. Desde el punto de vista sistemático, el virus de la hepatitis C pertenece al género Hepavivirus, familia Flaviviridae, filo Kitrinoviricota, pero desde una perspectiva genética me parece más adecuado hacer una clasificación en función de su organización genética: material hereditario o genoma (ADN o ARN), tipo de molécula (circular o lineal), tipo de hélice (sencilla o doble) y, finalmente, tipo de huésped al que parasita (bacteria, animal o vegetal), tal como propuso David Baltimore, Premio Nobel en Fisiología o Medicina 1975 “por sus descubrimientos en relación con la interacción entre los virus tumorales y el material genético de la célula”. Al final, lo que interesa es cómo se llega al ARN mensajero (ARNm) en la célula para producir la síntesis de las proteínas virales que permitan la reproducción del virus.

El virus de la hepatitis C (VHC), que tiene una cápside icosaédrica, es un virus de ARN monocatenario (mc) de 9,6 Kb perteneciente al grupo IV, según la clasificación de Baltimore: ARNmc(+) → ARNmc(-) → ARNmensajero → proteínas reguladoras y estructurales → progenie del virus. Por la situación pandémica actual, podemos recordar que también pertenecen al grupo IV los coronavirus.

El 5 de octubre de 2020, la Asamblea Nobel del Instituto Karolinska de Estocolmo comunicaba que el Premio Nobel en Fisiología o Medicina 2020 había sido concedido a los doctores Harvey J. Alter, Michael Houghton y Charles M. Rice “por el descubrimiento del virus de la hepatitis C”.

Como señala la propia Institución Nobel, en la década de los setenta del siglo pasado (1972, 1975, 1978), el Dr. Alter demostró que la hepatitis asociada con las transfusiones de sangre era producida por un virus desconocido “noA, noB” (2, 3, 4, 5)

Al final de la década de los ochenta, en 1989, el Dr. Houghton (6, 7) aisló el genoma del virus que denominó “hepatitis C virus” (VHC).

Finalmente, en 1997, el Dr. Rice proporcionó la evidencia final de que el virus por sí solo podía causar la hepatitis. Para ello generó un ARN variante del VHC que, al inyectarla en el hígado de chimpancés, originaba la presencia de partículas virales en la sangre y producía patologías semejantes a las humanas. Era la prueba definitiva de que el virus justificaba los casos no explicados de hepatitis producidas por la transfusión de sangre (8).

Aquí podemos señalar también que, en 1976, el Dr. Baruch Blumberg había recibido el Premio Nobel en Fisiología o Medicina por su descubrimiento del virus de la hepatitis B, transmisible por la sangre.

EL PREMIO NOBEL EN QUÍMICA 2020

LA TÉCNICA CRISPR-Cas9: CRÓNICA DE UN PREMIO ANUNCIADO

En el año 2017 publiqué mis reflexiones sobre los aspectos científicos y éticos de la técnica CRISPR-Cas9 y en esa ocasión, como en muchas otras, vaticiné que, antes o después, sería objeto del premio Nobel. Y efectivamente, así fue: El 7 de octubre de 2020, la Real Academia de Ciencias de Suecia concedió el Premio Nobel en Química 2020 a las doctoras Emmanuelle Charpentier y Jennifer A. Doudna “por el desarrollo de un método para la edición genómica”. Parafreasando el título de la famosa novela “Crónica de una muerte anunciada” del Premio Nobel Gabriel García Márquez, se hacía realidad la “crónica de un premio anunciado”.

Como profesor de Genética, la noticia me ha alegrado mucho, pero me ha dejado un sabor agridulce porque muchos pensábamos que cuando se diera el Premio Nobel a la técnica CRISPR-Cas9 de edición genómica también se debería incluir al científico español Francisco Juan Martínez Mojica que describió, estudió y bautizó las secuencias CRISPR en los genomas de arqueas y bacterias. CRISPR es el acrónimo de Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (repeticiones palindrómicas cortas interespaciadas regularmente agrupadas) y Cas el acrónimo de CRISPR associated (asociada a CRISPR).

Por edición genómica se entiende un tipo de ingeniería genética en la que el ADN es insertado, eliminado o reemplazado en el genoma de un organismo utilizando enzimas del tipo nucleasas (denominadas “tijeras moleculares”). Las nucleasas producen roturas de doble cadena (DSB ) en lugares precisos del genoma y las dobles roturas del ADN pueden ser reparadas por mecanismos de unión de extremos no homólogos (NHEJ ) o mediante reparación dirigida por homología (HDR ), dando lugar a mutaciones controladas (edición). La edición genómica se denomina coloquialmente como la técnica de “corta y pega”. En la actualidad se dispone especialmente de cuatro tipos de nucleasas: meganucleasas, nucleasas de dedo de zinc (ZF nuclease ), Talen (Transcription Activator-Like Effector-based Nuclease ) y el sistema CRISPR-Cas.

Con la llegada de la técnica CRISPR-Cas9 puede decirse que se ha popularizado o “democratizado” el “tiro al blanco génico” (gene target ). En efecto, mientras que la utilización de las meganucleasas necesitan 4-5 años de trabajo y un costo de 6.000 € para llevar a cabo una investigación de edición, las ZF nucleasas implican un costo 30.000 € , las TALEN implican un tiempo de 3-4 meses y un costo de 10.000 € , con la CRISPR-Cas9 se necesitan solamente 2-3 semanas de trabajo y un coste de 20-30 € .

Una breve historia de CRISPR-Cas9

Aunque la primera descripción de la existencia de las secuencias CRISPR en el genoma de las bacterias se hizo en 1987 por un grupo japonés, sin embargo se debe principalmente a los trabajos del investigador español Francisco Juan Martínez Mojica (Francis Mojica) (3, 4, 5) en los años 1993, 2000 y 2005 el estudio de unas secuencias de ADN repetidas (las secuencias CRISPR) descubiertas en bacterias y en arqueas –que posteriormente se descubrió su relación con el sistema inmunitario de la bacteria para defenderse de los ataques de los virus que las atacan– se han convertido en una de las herramientas biotecnológicas más eficaces para modificar el genoma (edición genómica) de cualquier clase de organismo. Sin embargo, fueron Emmanuelle Charpentier y Jennifer A. Doudna quienes se dieron cuenta que este sistema ancestral de defensa de las bacterias contra la infección por virus podía convertirse en una herramienta para la modificación dirigida del material genético de otros seres vivos.

La característica más relevante que diferencia a los métodos de corrección del ADN por transgénesis es que el transgén se integre al azar en el genoma o que se produzca el reemplazamiento del gen original. Por otro lado, una vez producida la doble rotura en la molécula de ADN puede haber dos rutas para fijar la rotura de la doble hélice: la NHEJ (unión de extremos no homólogos) que produce la disrupción génica (INDEL, inserciones y/o deleciones) y la HDR (reparación dirigida por homología) que da lugar a la reparación génica y a la edición.

El sistema CRISPR-Cas9 consta de dos elementos: una pequeña molécula de ARN (la parte CRISPR) que contiene una secuencia complementaria con la secuencia diana contra la que se dirige en el ADN, y una endonucleasa (denominada Cas9) que es una proteína con actividad enzimática capaz de cortar el ADN y hacerlo solamente donde le indique la pequeña molécula de ARN antes mencionada. Al producir la doble rotura en la molécula de ADN entran en acción otras enzimas existentes en las células que reparan el daño producido, pero que pueden generar errores al insertar o eliminar algunos nucleótidos en el lugar del corte; es decir, se genera una mutación en el gen afectado por el corte (NHEJ). Sin embargo, si se añade un tercer elemento al sistema CRISPR-Cas9 consistente en una molécula de ADN que tenga secuencias complementarias a la zona donde se producirá el corte y, además, se incorporan en esta secuencia algunos cambios específicos que no estuvieran en el genoma original, el sistema tenderá a utilizar esta molécula de ADN como molde para restaurar el corte cambiando así el genoma; es decir, editándolo (edición genómica). Como si de un procesador de textos se tratara, el sistema CRISPR-Cas9 y la molécula de ADN consiguen localizar un error y corregirlo en un gen o, viceversa, instaurar un error donde antes no lo había, reproduciendo así en un modelo animal experimental aquella mutación detectada en un paciente afectado por una enfermedad. En otras palabras, somos capaces de reproducir en el genoma de los animales de experimentación las mismas mutaciones observadas en los pacientes.

En una revisión del tema, Lander (8) analizaba la contribución de diversos investigadores al desarrollo de los fundamentos y aplicaciones de la técnica CRISPR-Cas9. Los 12 “héroes CRISPR” –como él los llama– son, por orden de aparición en escena:

Descubrimiento de CRISPR: Francisco Juan Martínez Mojica (1993)
CRISPR es un sistema inmune adapatativo: F.J.M. Mojica (2005), Gilles Vergnaud (2005), Alexander Bolotin (2005)
Evidencia experimental de que CRISPR confiere inmunidad adaptativa y utiliza una nucleasa: Philippe Horvath (2007)
Programando CRISPR: John van der Oost (2008)
Dianas CRISPR en el ADN: Luciano Marrafini (2008)
Cas9 es guiada por crRNAs y crea dobles roturas en el ADN: Sylvain Moineau (2008)
Reconstituyendo CRISPR en un organismo distante: Virginijus Siksnys (2011)
Estudiando CRISPR in vitro: V. Siksnys (2012), Emmanuelle Charpentier (2012), Jennifer A. Doudna (2012)
Edición genómica en células de mamíferos: Feng Zhang (2012, 2013), George Church (2013)

De los doce investigadores citados, hay cinco especialmente cualificados para ser merecedores del galardón Nobel que, por orden de aparición en escena –como se dice en los programas de representaciones teatrales– son los doctores Mojica, Charpentier, Doudna, Zhang y Church. Como las normas de concesión de los galardones dicen que no sean más de tres personas (a no ser que se trate de alguna organización), la Real Academia de Ciencias de Suecia, que otorga el Premio Nobel en Química, se vio en le necesidad de aplicar un juicio salomónico, a mi juicio equivocado, premiando solamente a Emmanuelle Charpentier y a Jennifer A. Doudna. En mi opinión, sin los descubrimientos básicos de la secuencia CRISPR que hizo el Dr. Mojica, las galardonadas con el Premio Nobel no hubieran podido desarrollar su técnica premiada y, por tanto, el Dr. Mojica debería haberles acompañado en el galardón. En la historia de los Premios Nobel, hay casos similares en los que se premiaba también la investigación básica que, muchos años después, servía de base a los trabajos de los premiados. En elegantes palabras del excluido Dr. Mojica, “han premiado a las personas que desarrollan la herramienta. No a quien sentó las bases [él mismo] ni a quienes primero la aplicaron [George Church y Feng Zhang]”.

Un comentario final: la Genética y los Premios Nobel

Una vez más, investigaciones genéticas ‒en este caso, año 2020, las llevadas a cabo por los Dres. Houghton y Rice con el virus de la hepatitis C y las de las Dras. Charpentier y Doudna con la técnica CRISPR-Cas9‒ han sido galardonadas con el Premio Nobel. Utilizando palabras similares a las que usé en anteriores ocasiones semejantes a ésta, puedo señalar globalmente que investigaciones genéticas han sido galardonadas con el Premio Nobel en 56 ocasiones, correspondiendo el premio a 110 científicos del campo de la Genética o ciencias afines. De los 56 premios considerados, 42 pertenecen al ámbito de la Fisiología o Medicina, 13 a la Química y 1 de la Paz. De los 110 científicos galardonados, 83 corresponden a premios de Fisiología o Medicina, 26 de Química y 1 de la Paz. Sólo hay 10 mujeres entre los galardonados.

Me siento orgulloso de pensar que en los veinte años que van transcurridos del siglo XXI se ha premiado la investigación genética en 22 ocasiones, a saber: 2001, 2002, 2004, 2006, 2006, 2007, 2008, 2008, 2009, 2009, 2010, 2011, 2012, 2013, 2013, 2016, 2017, 2018, 2018, 2019, 2020, 2020.

REFERENCIAS

1. Venter JC. Proyecto Genoma Océano, “A life decoded. My genome: my life”; 2007 pág. 344).
2. Alter HJ, Holland PV, Purcell RH, Lander JJ, Feinstone SM, Morrow AG, Schmidt PJ. Posttransfusion hepatitis after exclusion of commercial and hepatitis-B antigen-positive donors. Ann Intern Med 1972; 77:691-9.
3. Feinstone SM, Kapikian AZ, Purcell RH, Alter HJ, Holland PV. Transfusion-associated hepatitis not due to viral hepatitis type A or B. N Engl J Med 1975; 292: 767-770.
4. Alter HJ, Holland PV, Morrow AG, Purcell RH, Feinstone SM, Moritsugu Y. Clinical and serological analysis of transfusion-associated hepatitis. Lancet 1975; 2: 838-841.
5. Alter HJ, Purcell RH, Holland PV, Popper H. Transmissible agent in non-A, non-B hepatitis. Lancet 1989; 1: 459-463.
6. Choo QL, Kuo G, Weiner AJ, Overby LR, Bradley DW, Houghton M. Isolation of a cDNA clone derived from a blood-borne non-A, non-B viral hepatitis genome. Science 1989; 244: 359-362.
7. Kuo G, Choo Q.L, Alter HJ, … Houghton, M. An assay for circulating antibodies to a major etiologic virus of human non-A, non-B hepatitis. Science 1989; 244: 362-4.
8. Kolykhalov AA, Agapov EV, Blight KJ, Mihalik K, Feinstone SM, Rice CM. Transmission of hepatitis C by intrahepatic inoculation with transcribed RNA. Science 1997; 277:570-4.
9. Lacadena JR. Edición genómica: Ciencia y Ética. Revista Iberoamericana de Bioética (online), Genética y Humanismo 2017; 3: 1-14. Basado en Montoliu L. Las herramientas CRISPR: Un regalo inesperado de las bacterias que ha revolucionado la biotecnología animal. http://www.comunicabiotec.org 2015 y en Serrugia D, Montoliu L. The new CRISPR-Cas system: RNA-guided genome engineering to efficiently produce any desired genetic alteration in animals. Transgenic Res 2014; 23:707-716.
10. Ishino Y, Shinagawa H, Makino K, Amemura M, Nakata A. Nucleotide sequence of the iap gen , responsable for alkaline phosphatase isozyme conversión in Escherichia coli, and identification of the gen product. J Bacteriol 1987; 169:5429-33.
11. Mojica FJM, Juez G, Rodríguez-Valera F. Transcription at different salinities of Haloferax mediterranei sequences adjacent to partially modified Patl sites. Mol Microbiol 1993; 9:613-21.
12. Mojica FJ, Díez-Villaseñor C, Soria E, Juez G. Biological significance of a family of regularly spaced repeats in the genomes of Archaea, Bacteria and mitochondria. Mol Microbiol 2000; 36:244-6.
13. Mojica FJ, Díez-Villaseñor C, García-Martínez J, Soria E. Intervening sequences of regularly spaced prokaryotic repeats derive from foreign genetic elements. J Mol Evol 2005; 60:174-84.
14. Jinek M, Chylinski K, Fonfara I, Hauer M, Doudna JA, Charpentier E. A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity. Science 2012; 337:816-21.
15. Montoliu L. Las herramientas CRISPR: Un regalo inesperado de las bacterias que ha revolucionado la biotecnología animal. Recuperado de http://www.comunicabiotec.org 2015.
16. Lander ES. The Heroes of CRISPR. Cell 2016; 164:18-28.