Gusanos de seda modificados genéticamente para desarrollar medicamentos

Poniendo a trabajar a los gusanos de seda

El Instituto Nacional de Ciencias Agrobiológicas (NIAS) cría diferentes tipos de gusanos de seda. Además de ser útiles para la investigación, también están contribuyendo a la conservación de las especies.

El Instituto Nacional de Ciencias Agrobiológicas (NIAS, por sus siglas en inglés) fue fundado en 2001 en Tsukuba (prefectura de Ibaraki), y es una de las instituciones principales en biotecnología de Japón. Sus científicos están trabajando para aprovechar la notable capacidad de los gusanos de seda (Bombyx mori), induciéndolos a producir proteínas diferentes de las que generan naturalmente. En el mercado ya se comercializan cosméticos que utilizan las proteínas de gusanos de seda transgénicos, y ahora se está considerando la posibilidad de fabricar productos farmacéuticos seguros y asequibles.

La sericultura, la cría de gusanos de seda, se originó en China alrededor del siglo XV a.C., y llegó a Japón en torno al siglo II d.C. En 1909, Japón era el principal productor mundial de seda cruda, pero la creciente utilización de las fibras sintéticas y la falta de sucesores provocaron su gradual declive. Hoy en día, China, la India y Tailandia son los principales productores.

En Japón existen alrededor de seiscientas variedades de gusanos de seda incluyendo las especies genéticamente modificadas. Una característica común a todos los gusanos de seda es que, a diferencia de otras especies similares, no desarrollan la capacidad de volar, incluso después de que las larvas salen de sus capullos como adultos.

Desde tiempos remotos, se han criado o “domesticado” selectivamente gusanos de seda adecuados para la sericultura. Esto ha resultado ser una gran ventaja en el esfuerzo para hacer la producción de gusanos de seda transgénicos comercialmente viable. Al igual que todos los organismos genéticamente modificados, los gusanos de seda transgénicos están sujetos a estrictos controles y restricciones en conformidad con el Protocolo de Cartagena sobre Seguridad de la Biotecnología(*1). El hecho de que los gusanos de seda no puedan volar hace que sea mucho más fácil asegurarse de que ninguna de las variedades transgénicas pueda escapar a su hábitat natural y mezclarse con la población natural.

Los gusanos de seda ponen de trescientos a cuatrocientos huevos de una sola vez. Inmediatamente después de la eclosión son del tamaño de pequeños trozos de hilo, pero después de tres o cuatro mudas su peso corporal se hace unas 10.000 veces mayor.

Los gusanos de seda hacen capullos aproximadamente un mes después de la eclosión, y producen grandes cantidades de proteínas como materia prima para estos capullos. Diferentes tipos de proteínas se producen en diferentes lugares en la glándula de seda. La proteína fibroína, por ejemplo, se produce en la parte posterior de la glándula, mientras que la proteína sericina se produce en la sección media de la glándula.

El hilo de seda se compone de una mezcla de estas dos proteínas: aproximadamente un 25% de sericina y 75% de fibroína. La sericina es viscosa y soluble en agua, de modo que al hervir los capullos en agua es posible extraer la fibroína, de tipo fibroso, como hilo de seda.

Tecnología de recombinación genética

Los huevos de gusano de seda son de aproximadamente 1 mm de diámetro. Se requiere una gran habilidad para inyectar ADN en la parte del huevo que se diferencia en células germinales (foto superior). El investigador jefe Uchino Keirō introduciendo ADN en un huevo con la ayuda de un microscopio (foto inferior).

En el trabajo del centro se inyectan dos hebras de ADN en huevos de gusanos de seda para crear el gusano de seda transgénico. La primera de ellas es el ADN vector(*2): consiste en los genes llamados transposones, que pueden cambiar su posición dentro del ADN, recombinados con otros genes extraños que producen proteínas específicas. La otra es el ADN auxiliar que contiene enzimas que promueven la transferencia. Estas hebras de ADN se inyectan en los huevos y luego a los huevos se les permite eclosionar normalmente. Entonces se tamiza la población de la nueva generación y se seleccionan los gusanos utilizables.

“Cuando se inyecta el ADN, nos dirigimos a la parte del huevo que se diferencia en células germinales”, dice el investigador jefe Uchino Keirō. “Esto permite que las propiedades específicas se transmitan a las generaciones siguientes. Esta es la tecnología que ha posibilitado la producción en masa de gusanos de seda modificados genéticamente”.

Hace nueve años, NIAS desarrolló una nueva técnica que permite a los investigadores controlar dónde aparecen las propiedades de los genes extraños. Al seleccionar la parte posterior de la glándula de seda que produce fibras como la fibroína, se posibilita la modificación de las propiedades de la seda. Los investigadores de NIAS han tenido éxito al emplear esta técnica para el desarrollo de seda en colores fluorescentes.

Machii Hiroaki, director del Centro de Organismos Genéticamente Modificados, NIAS.

Por otra parte, si se selecciona la parte central de la glándula (la zona donde se crea la sericina viscosa) para que aparezcan las propiedades de los genes extraños, se pueden producir las proteínas dentro de la estructura adhesiva de la sericina. Dado que la sericina se disuelve en agua, las proteínas producidas de esta manera son muy fáciles de extraer. "Hemos desarrollado variedades en las que más del 98% de la proteína producida es sericina", dice Machii Hiroaki, director del Centro de Organismos Genéticamente Modificados de NIAS. “Mediante la combinación de estas variedades con otras, se puede conseguir un mayor número de proteínas”.

NIAS está colaborando con otras instituciones: el Centro de Tecnología Sericultural de Gunma, una cooperativa agrícola para gusanos de seda transgénicos de Maebashi, ambos localizados en la prefectura de Gunma, y una serie de empresas del sector privado. Machii dice ser optimista de cara al futuro: “Son tiempos difíciles para la sericultura en Japón, pero hay una esperanza real de que los gusanos de seda genéticamente modificados ayuden a conseguir poner de nuevo a la industria en pie”.

Desde cosméticos a tratamientos farmacológicos

En Fujioka, prefectura de Gunma, la compañía Immuno-Biological Laboratories ha creado con éxito, con la asistencia técnica de NIAS, un gusano de seda transgénico que produce colágeno humano(*3). Este colágeno ya está siendo utilizado comercialmente en productos cosméticos.

La extracción de colágeno siempre ha sido particularmente difícil. Se pueden producir aproximadamente 10 mg de colágeno de un único capullo, y para extraer el colágeno de esta pequeña cantidad, se disuelven constituyentes del capullo en el agua y se filtra la solución para eliminar las fibras. Sin embargo, la sericina es viscosa y tiende a obstruir la malla de filtro, haciendo que el proceso sea difícil de controlar. Tomita Masahiro, director del departamento de ingeniería de proteínas de la empresa, finalmente ideó un método que le permite recoger de 6 a 7 mg de colágeno por cada 10 mg producidos.

Immuno-Biological Laboratories ya está utilizando colágeno humano en cosméticos y otros productos. Los cosméticos a menudo utilizan colágeno derivado de peces, pero esto provoca una reacción alérgica en algunas personas. El empleo de colágeno humano resuelve este problema. Además, la imagen de la seda conlleva una mejora de la imagen de los cosméticos, por lo que pueden beneficiarse comercialmente.

Cuando se introducen nuevos materiales en mercados ya existentes, la competitividad de costes es tan importante como la calidad. Los investigadores de Immuno-Biological Laboratories creen que las proteínas derivadas de gusanos de seda transgénicos ofrecen costos competitivos para algunos productos farmacéuticos.

“De cara al futuro, queremos construir una línea de productos farmacéuticos. Por ejemplo, para desarrollar un reactivo clínico con anticuerpos, hay que realizar un proceso para producir anticuerpos mediante cultivos celulares o en ratones. Desde el punto de vista de la protección de los animales, sería agradable ser menos dependientes de los ratones. Tampoco es apropiado utilizar cultivos celulares, porque los costos provocan que el producto final resulte más caro. Todos estos problemas se resolverían si en su lugar pudiéramos producir anticuerpos, que son un tipo de proteína, con los gusanos de seda transgénicos. En el futuro esperamos que sea posible fabricar productos farmacéuticos seguros y asequibles de esta manera”, añadió Tomita.

Durante miles de años, la gente ha apreciado la belleza y la textura de la seda. Ahora, las proteínas producidas por los gusanos de seda transgénicos pronto producirán medicamentos seguros y de bajo costo que nos ayudarán a mantenernos sanos.

(Escrito por Hayashi Aiko. Traducido al español del original en japonés. Fotografías de Hans Sautter.)