(47) CIENCIA Y TECNOLOGÍA (INFLUENCIA EN LAS PRÁCTICAS SANITARIAS): 10 Biotecnologías Promisorias

M. Sc. JOSE ROBERTO ALEGRIA COTODpto. de Desarrollo Científico y Tecnológico

Domingo 20 de Julio de 2003.

MAESTRÍA EN SALUD PÚBLICAUniversidad de El Salvador

OBJETIVOS

• Estimular el análisis de la realidad nacional en salud y los conocimientos científicos y tecnológicos en el nivel mundial.

• Difundir información sobre las biotecnologías y su impacto en la atención en salud al mejorar los mecanismos para identificar, prevenir, diagnosticar, tratar y darle seguimiento a las enfermedades comunicables y no comunicables.

• Motivar a los participantes a reflexionar sobre la necesidad de utilización de los conocimientos de la ciencia y la tecnología en las prácticas sanitarias

• 10 Biotecnologías promisorias.

• Propuestas.

CONTENIDO:

La Universidad de Toronto, Canadá, para facilitar la aplicación eficiente de la Biotecnología en beneficio de la salud de las personas en los países en vías de desarrollo, presentó en septiembre de 2002 los resultados de un ejercicio para identificar las diez biotecnologías más promisorias, en los siguientes cinco a diez años. La Biotecnología se definió como: “la aplicación de principios científicos y de ingeniería para el procesamiento de materiales por agentes biológicos para proveer bienestar y servicios al ser humano”.

BIOTECNOLOGÍAS PROMISORIAS

BIOTECNOLOGÍAS PROMISORIAS

Entre las Biotecnologías promisorias para mejorar la salud en países en víasde desarrollo propusieron: 1- Diagnóstico molecular de las enfermedades Infecciosas. 2- Tecnologías recombinantes para el desarrollo de vacunas. 3- Tecnologías para la mejor aplicación de medicamentos y vacunas. 4- Tecnologías de Biorremediación del ambiente. 5- Secuenciación de genomas de patógenos. 6- Protección de la mujer contra enfermedades de transmisión sexual. 7- Uso de la Bioinformática. 8- Modificación genética de los cultivos para mejorar la nutrición. 9- Tecnología recombinante para la producción de proteínas para el tratamiento de enfermedades. 10- Desarrollo de la Química Combinatoria para el descubrimiento de nuevas medicinas. (Top 10 Biotechnologies for Improving Health in Developing Countries: www.utoronto.ca/jcb)

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Cerca de la mitad de todas las muertes en los países en vías de desarrollo son enfermedades infecciosas. A pesar de que hay muchos tratamientos disponibles para muchas de esas enfermedades, los tratamientos dependen de los diagnósticos. Sin embargo, muchos métodos de diagnóstico de los países en desarrollo son engorrosos, consumidores de tiempo y costosos. Los diagnósticos moleculares usan herramientas tales como la Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR), anticuerpos monoclonales y antígenos recombinantes para detectar la presencia de infecciones u otras condiciones de enfermedad.

Tecnologías Moleculares para Diagnóstico de Enfermedades Infecciosas

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El PCR es una poderosa herramienta de diagnóstico a causa que cada patógeno

tiene secuencias genéticas únicas que pueden ser amplificadas y detectadas con rápidez.

Los beneficios de las pruebas de PCR son numerosas a causa de que son extremadamente sensibles, rápidas y proveen resultados en horas, antes que en días o semanas requeridas por otros métodos convencionales.

El PCR puede ser usado para detectar organismos infecciosos dificiles de crecer en el laboratorio (TB, malaria) o peligrosos para su manejo (VIH/SIDA); detecta organismos resistentes a multi medicamentos, cepas de M. tuberculosis y VIH/SIDA.

Tecnologías Moleculares para Diagóstico Enfer.

Infecciosas

Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR)

Calor ٤

Calor

٤ADN etc.

Primers +Nucleótidos

La Nanobiotecnología es una alternativa que puede llegar a ser de bajo costo. Este es un campo diverso en el cual átomos y moléculas son manipulados para crear biomateriales, dispositivos y sistemas en la escala de una mil millonésima de metro. Recientes desarrollos han resultado en métodos prometedores para detectar un amplio rango de enfermedades genéticas y patógenos en el nivel de ADN. La técnica usa nanopartículas de oro unidas a fragmentos de ADN los cuales se unen a ADN blancos colocados entre dos finos eléctrodos. Cuando el ADN sonda y su blanco se aparean, las partículas de oro cierran el circuito y producen una señal detectable. No sólo es 100 veces más sensible que los métodos de diagnóstico y detección convencionales, es más amigable y será unas 1000 veces más barato que los estándares alternativos.

NANOBIOTECNOLOGÍA para Diagóstico Enfer. Infecciosas

La vacunación a sido efectiva en la erradicación de la viruela, la eminente erradicación de la poliomelitis y la reducción en la prevalencia de muchas otras enfermedades. Pero hay otras muchas enfermedades, tales como HIV/AIDS, malaria y tuberculosis, para las cuales no existe una vacuna. Junto a la necesidad para nuevas vacunas, muchas de las actuales vacunas deben ser mejoradas, haciéndolas más efectivas, seguras y menos caras. Muchas clases de vacunas recombinantes (Sub-unidades de vacunas, vacunas comestibles) pueden ser diseñadas por ingeniería genética. En contraste al diseño de la vacuna tradicional, la ingeniería genética permite a los investigadores controlar más precisamente las características de la vacuna. Las vacunas recombinantes pueden ser más seguras, más efectivas y han probado ser menos caras que las vacunas tradicionales a causa del uso de métodos más innovadores y más barato su almacenamiento.

Tecnologías Recombinantes para

el desarrollo de vacunas

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Enfermedades del tracto digestivo son las segundas causas de muerte a nivel mundial, sólo abajo de las enfermedades respiratorias. Para la inmunización efectiva contra esas enfermedades infecciosas las vacunas deben ser estables en la ausencia de refrigeración, fácilmente distribuidas, y que requieran poco o ningún personal entrenado, o agujas e inyeciones para su administración. Las vacunas producidas en plantas cumplen esos requerimientos y han probado la inmunización de mamiferos contra rotavirus, enterotóxinas, tóxinas del cólera. Algunos laboratorios han probado que antígenos bacteriales y virales pueden ser expresados en una variedad de plantas en niveles suficientes para generar protección sistémica y respuesta inmune de la mucosa.

Rivers-Khalid, Ch. & H. R. Langridge. 2001. ISB News Report. September. www.isb.vt.edu

VACUNAS COMESTIBLES

PAPA con la vacuna que previene la insulina dependencia de la diabetes mellitus 100 veces más poderosa que la actual vacuna. PAPA con la sub-unidad B antigénica de la enterotoxina del Vibrio cholerae causante del cólera).

FRIJOL de SOYA con anticuerpos que protegen contra el virus 2 de Herpes simplex (HSV).

TABACO con anticuerpos que previenen la caries dental producida por Streptococcus mutans.

VACUNASCOMESTIBLES

Las vacunas de ADN desnudo (1990) usan plasmidios para insertar directamente ADN de secuencias antigénicas de patógenos. El cuerpo produce proteínas antigénicas que estimulan la inmunidad.

En Japón están desarrollando una nueva técnica indolora para liberar el ADN desnudo, que involucra remover la capa superior de la piel, usando un adhesivo de acción rápida, seguido de la aplicación tópica de la vacuna. Sus resultados sugieren que la piel provee una eficiente ruta para liberar vacunas de ADN desnudo y generar fuerte respuesta inmune.

Vacunas de ADN pueden ser desarrolladas más rápido, más barato y más facilmente que otros tipos de vacunas y a causa de su estabilidad, pueden saltarse la “cadena de frío”.

VACUNAS DE ADN DESNUDO

Prácticas de inyección inseguras son responsables de miles de miles de nuevos casos de HIV/AIDS, hepatitis B y hepatitis C cada año, y a las inyecciones se les añade el costo de personal entrenado, jeringas descartables y de refrigeración. Alternativas a la inyección deberían ser vacunas y medicamentos que puedan ser más seguros para su utilización, más fáciles de administrar y potencialmente menos caros. Ellos también pueden simplificar regímenes de tratamiento complejo, los cuales pueden desalentar al paciente más complaciente y llevar en algunos casos a la aparición de cepas de microoorganismos patógenos resistentes. Las formulaciones de combinación y mecanismos de liberación lenta, también pueden bajar el número de dosis en tratamientos estándares, por lo tanto incrementando la probabilidad de que los pacientes puedan completar sus prescripciones.

Tecnologías para la mejor aplicación medicamentos y vacunas.

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• Jeringas autodescartables. • Medicamentos inhalables. • Tratamientos de liberación controlada. • Nanopartículas (un nm = 1 mil millonésima de metro) hechas de fosfato de calcio pueden introducir insulina en el cuerpo oralmente o por inhalación. Liberación de medicamentos por nanopartículas incrementa potencialmente la absorción y solubilidad, y al mismo tiempo reduce los efectos negativos y la toxicidad. • Vacunas y medicamentos en polvo pueden ser guardados a temperatura ambiente, debido a la azúcar Trehalosa que los estabiliza cuando están deshidratados.

Nuevas Tecnologías para la mejor aplicación de medicamentos y vacunas

La contaminación del agua, aire y suelo es en gran medida el resultado de la actividad humana, esto tiene un innegable impacto sobre la salud humana. La bioremediación utiliza la habilidad de microbios y plantas para degradar y detectar contaminantes y representa una forma potencialmente barata y sostenible de disposición de desechos. En los países en desarrollo, hay dos principales tipos de contaminación que amenazan la salud de la población humana en los países en vías de desarrollo: desechos orgánicos y contaminación con metales pesados tales como plomo, mercurio y cadmio. Las bacterias tienen la habilidad para descontaminar ambos. Las plantas pueden descomponer muchas formas de desechos orgánicos, pero con muy pocas excepciones, son incapaces de metabolizar metales pesados. Sin embargo, las plantas pueden acumular en sus tejidos metales peligrosos, haciendo más fácil que ellos puedan colectarse, cosechar y aún reciclar.

Tecnologías de Biorremediación del ambiente

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Secuenciar los genomas de los organismos patógenos genera los datos para entender los mecanismos de las enfermedades y los métodos para tratamientos efectivos y preventivos. La secuenciación genética de organismos causantes de enfermedades puede ser analizada utilizando las herramientas de la Bioinformática para identificar las proteínas que podrían jugar un papel importante en el descubrimiento de medicamentos y vacunas. En orden para tomar una plena ventaja de las interioridades dentro de la información genética, la secuenciación de patógenos debe ser una prioridad global de investigación en salud.

Secuenciación de Genomas de Patógenos

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PROYECTOS DE GENOMAS

DE PATÓGENOS ORGANISMO ENFERMEDAD

TAMAÑO

GENOMA AÑO

Haemophilus influenzae Meningitis, Pneumonia 1.83 Mb 1995

Mycobacterium tuberculosis Tuberculosis 4.4 Mb 1998

Campylobacter jejuni Enfermedad diarréica

1.64 Mb 2000

Escherichia coli 0157 (2 cepas) Envenenamiento alimenticio 5.5 Mb 2000

Vibrio cholerae Cólera 4.0 Mb 2000

Mycobacterium leprae Lepra 3.26 Mb 2000

Neisseria meningiditis Meningitis bacterial 2.27 Mb 2000

Streptococcus pneumoniae Pneumonia 2.20 Mb 2001

Yersinia pestis Peste 4.65 Mb 2001

Salmonella typhi (CT18) Fiebre tifoidea 4.5 Mb 2001

Virus del SARS Sínd.Resp. Agudo Severo 29.7 kB 2003(www.who.int/rpc)2002 & (www.ncbi.nlm.nih.gov/genomes/SARS/sarsnuc.html) junio 26 2003.

GENÓMICA FUTURAEn la 14th International GenomeSecuencing and Analysis Conferen-ce (oct. 2002), US Genomics Inc., presentó un aparato que lee la doble hélice de ADN sin cortarlo. Abre la doble hélice espiral de ADN, la lineariza y la pasa por un escaner para leerla en un lector fijo (como una pélicula de carrete pasa por un proyector), las moléculas se mueven a 30 M de bases por minuto. En 40 minutos se pueden Leer 3 mil M de bases. Si el sistema se logra pasar a un biochip el tiempo bajará a menos de cinco minutos, por la habilidad de capturar un Terabyte (1024 o 1000 gigabites, un gigabite = 1024 o 1000 Megabites) de información cada pocos segundos.(Uehling, M. D, Bio-It World Nov. 12 2002).

La incidencia global de infecciones sexualmente transmitidas (STIs por sus siglas en inglés) es alta y está aumentando rápidamente. El HIV/AIDS es la principal causa de mortalidad en el Sub-Sahara Africano y la cuarta causa de muerte en todo el mundo. Otros STIs son comunes y se ha estimado que anualmente 331 millones de personas adquieren otros STIs diferentes del HIV/AIDS. La carga global de los STIs recae más sobre las mujeres, ya que estas tienen pocos medios de protección efectiva a la que no pueden contar sin el consentimiento de su pareja. La biotecnología está en la capacidad de desarrollar nuevas formas de protección femenina controlada contra las STIs, tales como vacunas recombinantes, anticuerpos monoclonales y nuevos acercamientos al desarrollo de microbicidas vaginales, los cuales son discretos, barreras tópicamente aplicadas como barreras contra las infecciones. Avances en esta área pueden tener un significativo impacto sobre la salud de las mujeres y reducir la diseminación de las STIs entre la población general.

Protección de la Mujer contra Enfermedades de Transmisión Sexual

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En menos de una década, ha sido generada una vasta cantidad de datos biológicos. Datos sobre ADN, ARN y proteínas sobre los humanos y enfermedades infecciosas que están guardados en bases de datos que pueden ser accesadas, libre de pago, en cualquier parte del mundo, a través de Internet. La Bioinformática es la convergencia tecnológica entre la tecnología de la información y las ciencias de la vida, suministrando las herramientas basadas en la computación para procesar y convertir esos datos en información valiosa para la prevención y tratamiento de enfermedades infecciosas y no comunicables. Sin perjuicio de tener que investigar en las tecnologías que producen esos datos, los países en vías de desarrollo pueden tomar ventaja de la información existente y aplicar el poder de la bioinformática para resolver los problemas locales de salud.

Uso de la Bioinformática7

Es más fácil seleccionar segmentos de ADN de un patógeno necesarias para hacer una vacuna cuando se comparan cepas para encontrar similitudes y diferencias.

M Branca, Bio-It World. June 15 2003. www.bio-itworld.com/archive/061503/view.html

Uso de la BIOINFORMÁTICA

Durante 30 a 40 años no encontramos una vacuna candidata para la meningitis del grupo B, dice H. Tettelin, del Inst Inv. Genómica (TIGR)"Ninguna vacuna protegía contra los brotes viejos y nuevos”. Usando la Genomica en aproximadamente 18 meses encontraron varias proteínas que podrían hacer el trabajo.Usaron Bioinformatica para predecir, en cuales de las proteínas de superficie de la bacteria actúa el sistema inmunológico humano. De unos 2,000 genes se investigaron 600 de posibles proteínas de superficie. Apoyados en microarreglos se llegó a 85 proteínas candidatas.

En abril, dos meses después de que surgió el SARS en China para ser una amenaza mundial ha siodo secuenciado el genoma del corona-virus y puesto en la web. Un mes después, In silico ha generado una lista de partes del genoma del SARS candidatas a ingredientes de vacunas. En abril científicos del Jude Children’s ResearchHospital, Memphis, Tenn., anunciaron que en cuatro semanas, habian creado una vacuna contra una cepa mortal del virus de la influenza aviar que se hizo notar en Hong Kong dos veces en años recien pasados.

La WHO anunció que podía llegar a tener un kit disponible para otra nueva forma de influenza aviar, que brotó en febrero en Holanda; una vacuna debe estar hecha pronto.

M Branca, Bio-It World. June 15 2003. www.bio-itworld.com/archive/061503/view.html

Uso de la BIOINFORMÁTICA

La malnutrición, afecta a una de cada cinco personas que viven en países en vías de desarrollo, está ampliamente diseminada y tiene consecuencias devastadoras. La malnutrición resulta en mayor susceptibilidad a las enfermedades, deterioro de las capacidades cognoscitivas y desarrollo físico, y múltiples enfermedades atribuidas a deficiencias específicas de nutrientes. La causa subyacente de la deficiencia nutritiva, es una dieta basada principalmente en alimentos de consumo general, pobres en nutrientes tales como arroz, papa, maíz y yuca. La modificación genética de alimentos de consumo general para realzar su valor nutricional es una promesa para mejorar la nutrición global. Algunos cultivos enriquecidos por modificación genética ya han sido desarrollados y están en el proceso de evaluación antes de ser liberados.

Modificación genética de los cultivos para mejorar la nutrición

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Las naciones pobres se mueven en un proceso de desarrollo y cambios asociados a su demografía. A los problemas de enfermedades infecciosas se añade el impacto de las enfermedades no comunicables tales como enfermedades del corazón y diabetes, las cuales han sido típicamente asociadas con el mundo desarrollado. Enfermedades no comunicables ahora acontecen para el 60% de todas las muertes en los países en desarrollo, y la tendencia corriente sugiere que este número puede llegar al 73% para el 2020. Proveer fuentes de proteínas terapéuticas para el tratamiento de enfermedades crónicas, tales como hormonas (insulina) e interferones, en consecuencia es crítico para mejorar la salud global. La tecnología recombinante involucra la inserción de un gen o genes para hacer una proteína terapéutica en un organismo, tal como una bacteria o un virus. Se explora el uso de cabras, vacas y otros mamíferos transgénicos, como biofábricas, y el uso de plantas transgénicas para la farmacéutica molecular.

Tecnología recombinante para la producción de proteínas para el tratamiento de enfermedades9

La Química Combinatoria o COMBICHEM, es un nuevo y poderoso método para el descubrimiento y desarrollo de medicamentos. Ha sido impulsada por los avances en la genómica y la biología molecular, que van sustancialmente desde la reciente explosión de medicamentos hacia blancos que han sido identificados por la secuenciación del genoma. A través del descubrimiento de compuestos que interactúan con esos blancos, Combichem está trasladando avances en genómica en soluciones terapéuticas de la vida real. La Combichem, es altamente automatizada, y opera bajo el principio de la diversidad, al generar rápidamente gran número de variaciones de una molécula, que los investigadores creen que contiene potencial terapéutico. La Combichem puede producir medicamentos en tiempo record. Y está comenzando a ser la principal vía de desarrollo de medicamentos, reemplazando las mucho más costosas y consumidoras de tiempo de los métodos de un compuesto a la vez.

Desarrollo de la Química Combinatoria para el descubrimiento de nuevas medicinas10

Utilizaron un nuevo enfoque computacional para diseñar receptores y sensores de proteínas con especificidad y afinidad para pequeñas moleculas deseadas. Iniciando con una serie de receptores de Proteínas Periplásmicas bacterianas (PBPs) – receptores similares a la Venus atrapamoscas - que comprenden dos dominios que se cierran al unirse con su ligando. Al unirse el ligando transmite una señal a través del receptor que activa una vía que produce cambios en la expresión genética bacteriana. Los investigadores rediseñaron el sitio receptor de estos PBPs para que ellos pudieran unirse específicamente a un rango de moléculas pequeñas: el explosivo trinitrotolueno (TNT), el azúcar L-Lactato y la hormona serotonina (5-HT). Estos ligandos son estructuralmente y químicamente diversos, entre si y del ligando natural del PBPs.Usando un algoritmo en un modelo de computadora para modificar por mutación secuencial de 1023 combinaciones los sitios de unión de PBPs, identificaron 17 receptores diseñados virtualmente.

Desarrollo de la Química Combinatoria para el descubrimiento de nuevas medicinas

Logger et al, Nature 9 mayo 2003,

Impulsemos desde la posición en que nos encontremos, que como país, es prioritario invertir en la formación de recursos humanos calificados, que permitan la utilización de la ciencia y de la tecnología en las prácticas sanitarias y en la construcción de un sistema nacional de salud basado en el conocimiento.

PROPUESTAS:

Basados en la Ciencia y la Tecnología “promovamos la estructuración en el sistema de salud de:

Programas efectivos y sostenidos de prevención y control de las enfermedades infecciosas y, a la vez,

Programas preventivos y educacionales de las enfermedades crónicas”.

R. Cedillos. El Salvador Ciencia y Tecnología, Año 8, No. 11, mayo de 2003.

PROPUESTAS:

“En el proceso de reestructuración planteado para los sistemas de asistencia sanitaria en el contexto de la Reforma del Sector Salud en el país, deben tenerse en cuenta las áreas y líneas de investigación sobre desarrollo y validación de modelos de atención de la salud, modelos alternativos de financiamiento y costo/efectividad, y otros aspectos relevantes”.

“De manera tal que el conocimiento derivado de la investigación sustente y oriente el proceso de toma de decisiones políticas”.

R. Cedillos. El Salvador Ciencia y Tecnología, Año 8, No. 11, mayo de 2003.

PROPUESTAS:

¡MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION¡¡MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION¡

Atentamente: ROBERTO ALEGRIA

ralegria@conacyt.gob.sv

Preguntas, Comentari

os o Aportes

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