La Biotecnologı́a moderna: una espada de Damocles en la era del gen

La biotecnologı́a moderna, más allá del cruce de semillas y la fermentación, brinda una amplia gama de oportunidades para combatir enfermedades comunes y crónicas, solucionar la inseguridad alimentaria, contribuir con la eliminación de contaminantes en la naturaleza e incluso servir en la mitigación del cambio climático. Sin embargo, en analogı́a con la espada de Damocles, existe una advertencia valida sobre los riesgos potenciales de esta tecnologı́a, de modo que su progreso conlleva una gran responsabilidad. En tal sentido, el presente ensayo tiene como objetivo captar la atención sobre un tema que presenta profundas implicaciones para los seres humanos. Bajo este contexto, se da a conocer en su justa medida la tecnologı́a, se presenta sus alcances y los riesgos asociados a la selección artificial junto con los principales actores detrás de su desarrollo. La finalidad de este escrito es servir como referente para el debate oportuno de ideas, ası́ como una posible fuente para la toma de acciones a futuro sobre una tecnologı́a emergente inmersa en una biorevolución que se forja al calor de los avances de la ingenierı́a genética, la biologı́a molecular y sintética.

Palabras clave: biologı́a sintética, biotecnologı́a, CRISPR, ingenierı́a genética.

Modern biotechnology, beyond seed crossing and fermentation, offers a wide range of opportunities to combat common and chronic diseases, solve food insecurity, contribute to the elimination of pollutants in nature and even serve in the mitigation of climate change. However, in analogy with Damocles’s sword, there is a valid warning about the potential risks of this technology, so its progress carries with it a great responsibility. In this sense, this essay aims to draw attention to an issue that has profound implications for humans. In this context, the technology, its scope and the risks associated with artificial selection are presented along with the main actors behind its development. The purpose of this paper is to serve as a reference for the timely debate of ideas, as well as a possible source for future action on an emerging technology immersed in a biorevolution that is being forged in the heat of advances in genetic engineering, molecular and synthetic biology.

Key words: synthetic biology, biotechnology, CRISPR, genetic engineering.

La salud y los alimentos son dos pilares fundamentales y estrechamente relacionados para la calidad de la vida humana, en relación con ésta, la biologı́a moderna tiene el potencial de mejorarla de muchas maneras a través del aumento de la producción de alimentos, el desarrollo de nuevos medicamentos y la creación de nuevas fuentes de energı́as alternativas. Ante el incremento de la población mundial y los efectos negativos del uso de los combustibles fósiles en la salud del planeta, la biotecnologı́a gana cada vez más adeptos en el ámbito académico, ambientalista, sanitario, fitosanitario e industrial.

Está claro que la agricultura y los fármacos, sin lugar a dudas resultan más que esenciales para la supervivencia y el bienestar de la humanidad, además desempeñan un rol fundamental en la economı́a global e incluso en la calidad ambiental. Un elemento clave para su desarrollo y por consiguiente para el mejoramiento de la esperanza de vida de los seres humanos, ha sido el avance de la ciencia y la tecnologı́a en los sectores agrı́colas y farmacéutico.

En efecto, en los dos últimos siglos, los avances en biologı́a, quı́mica y biotecnologı́a, han permitido el sustento y la salud de millones de seres humanos. Por ejemplo, avanzado el siglo XIX, dos cientı́ficos revolucionaron las ciencias de la vida e impulsaron el progreso en la inmunologı́a clı́nica y la producción agrı́cola. En 1857, Louis Pasteur, un quı́mico y bacteriólogo francés, contribuyó con el desarrollo de la microbiologı́a al demostrar que el proceso de la fermentación es causada por microorganismos (hongos y bacterias). En 1866, Gregor Mendel, un monje agustino y naturalista austriaco, fue pionero en el estudio cientı́fico de los genes y la herencia, su descripción de las leyes fundamentales de la herencia, publicada en su libro Experimentos sobre hı́bridos en plantas, estableció las bases cientı́ficas de la genética.

En ese sentido, los descubrimientos de Mendel y Pasteur tuvieron un profundo impacto en la ciencia, la medicina y la salud pública. Por un lado, las leyes de Mendel son los pilares de la biotecnologı́a moderna: ingenierı́a genética y edición del genoma. Por el otro, el trabajo precursor de Pasteur sobre microorganismos, la fermentación y la inmunización, sirvió para el desarrollo del proceso alimenticio de la pasteurización, la esterilización y la creación de vacunas; elementos vitales para la prevención y tratamiento de enfermedades infecciosas. Más allá del cruce de semillas y la fermentación, las investigaciones pioneras de Mendel y Pasteur, son la base para una amplia gama de aplicaciones biotecnológicas como: cultivos transgénicos, elaboración de biocombustibles y diseño de nuevos materiales.

Ahora bien, la biotecnologı́a es un campo en constante evolución y su futuro es muy prometedor. A medida que avanza sus herramientas y técnicas, se abre un amplio abanico de posibilidades de sus aplicaciones en el ámbito de la salud, la alimentación, la energı́a y el medio ambiente. Por ejemplo, la tecnologı́a CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) se está utilizando para intentar comprender la alteración genética que causa la anemia falciforme. Asimismo, se utiliza para editar los genomas de plantas cultivadas con fines de modificar su contenido nutricional, eliminar toxinas, aumentar su rendimiento, mejorar la resistencia a plagas, sequı́as e inundaciones (Doudna, 2022). Sin embargo, existen riesgos potenciales asociados a su uso. Por un lado, la ingenierı́a genética podrı́a utilizarse para aumentar el rendimiento fı́sico y la facultad cognitiva de cierto grupo de humanos. Por otro lado, la manipulación genética de plantas y animales puedan causar efectos adversos en la salud humana o daños ecológicos (Infante-López et al., 2022).

La espada de Damocles es una metáfora que se utiliza para referirse a una amenaza constante o a un peligro latente. Su origen se remonta a la antigua Grecia, donde se cuenta la historia de Damocles, un cortesano que le pidió al rey Dionisio que le permitiera experimentar el placer de ser rey por un dı́a. Dionisio accedió, pero colocó una espada afilada colgando de una sola crin de caballo sobre la cabeza de Damocles, para que este experimentara la constante amenaza de la muerte (Garrido y Puche, 2018).

En la relación con la anécdota de la espada de Damocles, que se utiliza para referirse a una amenaza latente, en el contexto de la biotecnologı́a moderna, se puede interpretar como una advertencia sobre los riesgos potenciales de esta tecnologı́a. En efecto, la no neutralidad de la tecnologı́a es una espada de Damocles porque tiene el potencial de favorecer un mejor presente y futuro para la humanidad, pero también plantea algunos desafı́os éticos y sociales como crear organismos genéticamente modificados que pueden tener efectos desconocidos sobre el medio ambiente o peor aún, la creación de armas biológicas que puedan causar enfermedades o muerte.

Por tanto, llegados a este punto, los avances cientı́ficos y tecnológicos en el campo de la biologı́a y sus repercusiones en salud y alimentación deben ser colocados en una balanza. En este contexto, surgen naturalmente las siguientes preguntas: ¿hasta qué punto el desarrollo de la biotecnologı́a moderna beneficia a la humanidad? ¿cuál es su impacto a futuro? ¿es una tecnologı́a democrática o de fácil acceso? y ¿a nivel global, quiénes están detrás de su desarrollo?.

En tal sentido, el presente ensayo tiene como objetivo captar la atención sobre un tema que presenta profundas implicaciones para los seres humanos. Por un lado, la biotecnologı́a brinda una amplia gama de oportunidades para combatir enfermedades y la hambruna, eliminar contaminantes ambientales y conservar la naturaleza. Por el otro, presenta un conjunto de desafı́os inherentes a la manipulación y modificación genética. Por tanto, la finalidad de este trabajo es dar a conocer en su justa medida a la tecnologı́a, comprender su alcance, principales actores, visibilizar sus aplicaciones, ventajas competitivas y riesgos, además servir como referente para el debate oportuno de ideas, ası́ como una fuente para la toma de acciones a futuro sobre una tecnologı́a emergente inmersa en una biorevolución que se forja al calor de los avances de la ingenierı́a genética, la biologı́a molecular y sintética.

Por convenio, la biotecnologı́a se define como: “la aplicación de la ciencia y la tecnologı́a a organismos vivos, ası́ como a sus partes, productos y modelos, para alterar materiales vivos o no vivos para la producción de conocimientos, bienes y servicios” (Organization for Economic Cooperation and Development, 2005, p. 9). La tecnologı́a, tiene la facultad y el potencial de:

Por tanto, la biotecnologı́a está siendo utilizada y se proyecta aumentar aún más su uso, durante las próximas décadas, en los siguientes sectores: agropecuario, forestal, pesquero, farmacéutico e industrial.

En términos prácticos, la biotecnologı́a modifica los genes de las células de plantas o animales con la finalidad de reforzar sus caracterı́sticas o crear nuevos organismos a partir de aquéllos. En general, el desarrollo de biotecnologı́a se basa en una amplia gama de disciplinas: biologı́a molecular, quı́mica, matemáticas, biónica, ingenierı́a genética, genómica, nanotecnologı́a e informática. El campo de sus aplicaciones va desde medicamentos y terapias que previenen y tratan enfermedades; diagnósticos médicos hasta biocombustibles (Barney y Lewis, 2022).

Ahora bien, aunque el término biotecnologı́a – acuñado por el ingeniero agrónomo húngaro Karl Ereky en 1917 – puede resultar novedoso, sin embargo, los primeros productos biotecnológicos – que aun hoy en dı́a se siguen elaborando – se remontan a la prehistoria, cuando la humanidad comenzó a utilizar los microorganismos para fermentar alimentos y bebidas (pan, cerveza, vino, queso y yogurt). Cabe destacar que en el proceso biológico de la fermentación se utiliza bacterias y hongos para convertir los azúcares en alcoholes, ácidos y otros compuestos. En el siglo XX, el avance de la ciencia y la tecnologı́a propició el desarrollo de modernos productos biotecnológicos, por ejemplo, la insulina humana, vacunas, antibióticos y productos farmacéuticos contra el cáncer (Bisang et al., 2009). Es importante señalar que el primer producto biotecnológico moderno que utilizó la ingenierı́a genética fue la insulina humana recombinante, que se aprobó para su uso en el año de 1982.

Es necesario mencionar que son muchos los cientı́ficos que han contribuido al desarrollo de la biotecnologı́a, además sus descubrimientos han tenido un impacto significativo en la salud, la nutrición y la sostenibilidad del medio ambiente. Dentro de los más destacados: Louis Pasteur (desarrolló la teorı́a de la fermentación y la pasteurización); Frederick Griffith (demostró que la transformación genética podı́a transferirse de una bacteria a otra); Oswald Avery (demostró que el ADN era el material genético); James Watson y Francis Crick (descubrieron la estructura del ADN); Har Gobind Khorana (desarrolló un método para sintetizar genes); Stanley Cohen y Herbert Boyer (desarrollaron un método para transferir genes de una bacteria a otra); Kary Mullis (desarrolló la reacción en cadena de la polimerasa (PCR)); Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier (desarrollaron CRISPR-Cas9).

En la actualidad, los avances en biotecnologı́a están ocurriendo a un ritmo acelerado. Algunos de los avances más novedosos en biotecnologı́a incluyen: la edición del genoma (CRISPR-Cas9), la biologı́a sintética, bioimpresión, biocombustibles y los biodispositivos electrónicos (biochips). La edición genómica, resulta una tecnologı́a prometedora para el reforzamiento de las caracterı́sticas fı́sicas, quı́micas y/o nutricionales de especies animales y vegetales en paı́ses que carecen de grandes ingresos económicos. Además, el CRISPR tiene el potencial de utilizarse en análisis genético para el estudio del genoma ası́ como también para predecir el impacto de las mutaciones (Food and Agriculture Organization of the United Nations, 2022).

El desarrollo de los seres vivos está condicionado por la información genética contenida en el ADN. La edición y modificación de un genoma son técnicas de la ingenierı́a genética basadas en la inserción, reemplazo o eliminación de alguna secuencia de ADN en un organismo. Es conveniente señalar que la edición y la modificación genética son procesos distintos: en el primer caso, no se utiliza ADN de otras especies, mientras que en el segundo caso, la modificación, utiliza otro ADN (Iberdrola, 2015). Básicamente existen tres técnicas para la edición genética: Nucleasas de dedos de Zinc (ZNF), TALEN Y CRISPR-Cas9, siendo ésta última una de las más usadas.

Las Nucleasas de dedos de Zinc (ZNF ) se basan en el principio de que parte de una proteı́na reconoce cierta secuencia de ADN y la otra parte la corta. Cada ZFN contiene dos dominios distintos: una proteı́na dedo de zinc que comprende un dominio de unión al ADN (en inglés, DBD, DNA-binding domain) compuesto por dos componentes de “dedo” cosidos juntos y un dominio nucleasa de escisión de ADN (Beckman, 2023).

El método TALEN utiliza cierto tipo de enzimas denominadas nucleasas efectoras de tipo activador de transcripción las cuales pueden ser diseñadas para identificar y fragmentar selectivamente secuencias concretas de ADN dentro del genoma de un organismo. El nombre de las enzimas TALEN deriva de sus siglas en inglés Transcription Activator Like Efector Nuclease. Esta técnica tiene por objeto reconocer secuencias de ADN mediante la fusión de una serie de dominios de unión al ADN más pequeños. Se pueden generar secuencias personalizadas de TALEs para reconocer secuencias genómicas únicas (Espinosa, 2021).

CRISPR es el acrónimo de Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, o Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente Espaciadas. Es una tecnologı́a de edición genética basada en la adaptación de un sistema de edición del genoma de las bacterias, el cual es usado como mecanismo de defensa inmune. Una vez que ocurre el ataque de los virus, las bacterias sobrevivientes captan información del agresor a través de fragmentos de ADN del mismo y lo guardan en su propio ADN constituyendo un nuevo patrón de arreglos que se denominan CRISPR. “Si los virus atacan de nuevo, las bacterias producen segmentos de ARN a partir de los arreglos CRISPR para reconocer y adjuntar regiones especı́ficas del ADN de los virus” (Plus, 2022, p. 4). Por otra parte, Cas9 es una endonucleasa asociada a los CRISPR, conocida por actuar como “tijeras moleculares”, que corta y edita, en una célula, el ADN asociado a una enfermedad. Un ARN guı́a dirige las Cas9 al lugar exacto de la mutación en cuestión (Bayer, 2022).

En ese sentido, la tecnologı́a CRISPR-Cas9 ha despertado interés en la comunidad cientı́fica en lo que respecta a la prevención y tratamiento de enfermedades humanas, sin embargo, hasta los momentos sólo se han hecho ediciones de genoma en células animales en laboratorios para el estudio de ciertas enfermedades. Aún se están realizando investigaciones para determinar la aplicabilidad de este enfoque en seres humanos. Además, se debe considerar que las ediciones de genoma se han realizado sólo en células somáticas, las cuales son distintas a las células sexuales (óvulos y espermatozoides), cuyos cambios pueden transmitirse a generaciones posteriores, trayendo en consecuencia implicaciones de orden ético y de seguridad. En virtud de lo anterior, la edición del genoma de células germinales y del embrión es actualmente ilegal en los Estados Unidos y muchos otros paı́ses (Plus, 2022).

Es la disciplina que tiene por objeto la ingenierı́a para la creación de nuevos sistemas biológicos no existentes en la naturaleza a partir de la manipulación de estructuras genéticas para perfeccionar procesos o funciones vitales y, a su vez, obtener productos de interés para el ser humano. La biologı́a sintética surge a raı́z del desarrollo de nuevas técnicas orientadas hacia evolución, adaptación e interacción entre los organismos existentes. En virtud de lo anterior, la biologı́a sintética permite el diseño y construcción de sistemas biológicos nuevos con mejores cualidades, o en su defecto, el mejoramiento de elementos biológicos ya existentes con nuevos atributos. Para que un sistema biológico sintético se considere como tal, se deben cumplir estrictamente las siguientes caracterı́sticas (Muñoz-Miranda et al., 2019, p. 3):