La biología sintética: creando más allá de la naturaleza

   Para la mayoría de las personas, el concepto básico de la biología se refiere a el estudio de todo lo proveniente del mundo natural, más, con el avance de las nuevas ramas de biología como la bioingeniería y la biotecnología que vienen de la mano con herramientas artificiales ha llegado un concepto nuevo que desafía nuestra definición de lo que debe ser y estudiar la biología y ese concepto es la biología sintética. 

   La biología sintética es definida como una práctica cuyo objetivo es la creación, diseño y construcción de dispositivos, mecanismos y sistemas. Pero, ¿cuál es la diferencia entre este concepto del resto? Simple, ninguna de estas "producciones" existen en la naturaleza, en pocas palabras, la biología sintética crea estructuras y sistemas totalmente nuevos. Para ello, los científicos emplean una combinación las técnicas provenientes de la biotecnología, la biología molecular, la biofísica y principalmente de la bioingeniería para fabricar, manipular, crear y sintetizar materiales para la creación de estas nuevas estructuras. Además de ello, también se emplea la técnica de rediseño de estructuras o sistemas ya existentes en la naturaleza para darles nuevos usos o funciones. 

   La biología sintética requiere de todas las técnicas básicas de la bioingeniería como la lectura y el reconocimiento de cadenas de ADN y estructuras protéicas y además emplea un nuevo tipo de herramientas estructurales, que son partes de ADN estandarizadas que cumplen un función similar a de los ladrillos y bloques para la construcción de estas estructuras; una de las formas más implementadas de estos "ladrillos" son los BioBricks, que son secuencias de ADN obtenidas mediante el uso de enzimas de restricción. Además del uso de estas partes también se emplean otras técnicas como la secuencia del ADN, reescribir el contenido del ADN, su manipulación y la sintetización de ADN y proteínas.Tras la creación de la nueva estructura estos pueden ser introducidos y combinados con organismos naturales, como la E.coli para el análisis del comportamiento de dicha creación en un sistema natural ya existente.

Crear nuevas estructuras y materiales es la base de la biología sintética.Foto:Pixabay

    ¿Cuál es el punto de la biología sintética? Pues hay tantas posibilidades de innovación que todavía se siguen investigando. La biología sintética puede explicar cómo funcionan los organismos sintéticos y su diferencia con los organismos naturales lo cual puede dar más información sobre el funcionamiento y la estructura de los naturales; también permite observar y analizar nuevos sistemas los cuales pueden servir para probrar teorías como la evolución darwiniana. Y todo eso es tan sólo en el campo investigativo ya que la biología sintética está siendo implementada para la creación de nuevos materiales, modificación de enzimas industriales para la creación o mejora de los productos y la modificación de células con nuevas cargas de ADN sintético. Estos avances y investigaciones son de gran uso para los campos de la medicina, industria de varios tipos, la producción de medicinas y muchos otros campos en los cuales todavía está en expansión. Por ello, incluso existen competencias sobre biología sintética, la más reconocida es el iGem (International Genetically Engineered Machine) cuyos competidores hacen uso de los BioBricks para hacer diseños de máquinas funcionales.

    La biología sintética es definitivamente uno de los campos que más se va a expandir en los próximos años. Si quieres conocer más sobre las implicaciones éticas de la biología sintética puedes visitar la página oficial (en inglés). Si estás interesado en el iGem, también puedes visitar el sitio de la competencia (en inglés)donde encontrarás información específica sobre la competencia y sus bases. ¿Crees que la biología sintética es útil y viable? Escribe en los comentarios.

¿Cómo se producen los medicamentos?

    Una de las aplicaciones más importantes de la biomedicina es la creación y fabricación de medicamentos que se adapten a las necesidades actuales. El funcionamiento de este proceso es bastante complicado y lento, un medicamento cuyo proceso sea técnicamente "rápido" puede tardar un aproximado de quince años en salir al mercado desde su descubrimiento. El porqué de esta demora radica en el largo lapso de tiempo que toma el garantizar que dicho medicamento sea seguro, relativamente efectivo y adecuado para los consumidores y pacientes, además de ello se debe comprobar que el medicamento sea una formulación original y que no sea un plagio de un medicamento ya existente.

   La regulaciones para producir medicinas varían de país en país pero básicamente siguen un mismo patrón que el estipulado por la Food and Drug Administration (FDA).

• Descubrimiento del medicamento: El descubrimiento de un medicamento usualmente ocurre cuando se está investigando una enfermedad, probando tratamientos ya existentes que tienen efectos no esperados o cuando se investigan nuevas tecnologías. Tras el descubrimiento se inicia el proceso de desarrollo en el cual se formula la dosis, se evalúa la absorción y se hace todo tipo de experimentos para conocer más sobre la muestra estudiada y si es viable para pasar a pruebas clínicas. Este proceso dura un estimado de cinco años más en algunos casos se prolonga para mayor investigación.
• Pruebas pre-clínicas: En esta fase se evalúa los efectos del medicamentos y su composición química, además se analizan los niveles de toxicidad, los efectos en el metabolismo y sobre todo, la seguridad del medicamento. La fase pre-clínica es básicamente para verificar si dicho medicamento puede ser testado en humanos y por ello también se realizan pruebas en animales de laboratorio durante este proceso. Esta fase tarda un estimado de dos años y requiere usualmente de aprobación de las entidades sanitarias para continuar a las siguientes fases.
• Fase clínica: La fase clínica se basa en estudiar la respuesta del cuerpo humano a la medicina en desarrollo por medio de pruebas realizadas a voluntarios y se divide en tres partes. La primera parte requiere de 20 a 100 voluntarios que posean la enfermedad a la cual está destinada a tratar la medicina, esta fase busca probrar la dosis y la seguridad del medicamento. La segunda fase requiere de 100 a 500 con la enfermedad y prueba con la eficacia y los efectos secundarios de la medicina. La tercera y última fase requiere de 1000 a 5000 voluntarios con la enfermedad y estudia los efectos de uso a largo plazo. Todo este proceso puede durar un mínimo de seis anos y tan sólo un pequeño porcentaje de las medicinas logran pasarlo. Todo este proceso es monitoreado por las autoridades de sanidad para garantizar su cumplimiento correcto.
• Revisión de la FDA o de las autoridades competentes: Este es el último paso para el medicamento antes de venderse al público y, como es indicado por el nombre, es la revisión de todas las pruebas y la información que ha sido recopilada sobre la medicina en las fases anteriores. Además de ello, se establecen las recomendaciones de uso, las dosis y todo lo relacionado con la medicina y sus efectos para informar al consumidor sobre el producto. Esta revisión tiene una duración estimada de dos años.

El proceso de producción de medicinas es difícil, pero necesario. Foto:Freeimages

   Al finalizar todo este largo proceso, el medicamento es finalmente aprobado, manufacturado, lanzado al mercado y administrado a los pacientes. Recienmente también se han implementado monitoreos después de la salida al mercado para garantizar la absoluta seguridad del producto. Definitivamente es un proceso muy complicado pero necesario para la seguridad de los pacientes y el avance en el tratamiento de todo tipo de enfermedades. ¿Quieres saber más sobre el proceso? Puedes acceder al sitio web de la FDA (en inglés) donde podrás conocer a fondo los estándares la FDA para el desarrollo de medicamentos.

     ¿Te parece interesante el desarrollo de medicinas? ¿piensas que el proceso se puede simplificar? Cuéntame en los comentarios.

   

    

La Bioinformática y su desarrollo

   La bionformática es una rama de la biología relativamente nueva, y a pesar de su "juventud" ha empezado a revolucionar la forma en la los científicos analizan datos y e información biológica. El secreto de su éxito radica en su misma base, la biotecnología une el deseo por la investigación y procesación de información provieniente de organismos biológicos (como el código genético) con las nuevas tecnologías implementadas por la informática y el avance de las computadoras; esta unión de tecnologías ha hecho que muchos procesos de investigación como el análisis del genoma que antes eran lentos y costosos se conviertan en procesos efectivos, de alta confiabilidad y bajo costo. ¿Cómo llegó la bionformática a ser tan importante? Pues ha sido un proceso bastante corto, comparado a otras ciencias.

La bioinformática ha revolucionado el análisis de datos biológicos. Foto:Freeimages

    En los años sesenta, las computadoras ya existían y contaban con funciones básicas de almacenamiento y bases de datos y ya era una práctica común almacenar datos de cadenas y estructuras sencillas (la primera base de datos biológicos fue creada por Frederick Sanger en 1956 y contenía la estructura de una muestra de insulina bovina), más las computadoras no contaban con una gran capacidad de almacenamiento y era necesario introducir palabras clave o cadenas cortas para poder encontrar la estructura o cadena deseada. En 1965, Margaret  Dayhoff (conocida como "la madre de la bioinformática") programó una base de datos destinada al almacenamiento de estructuras de las proteínas y también creó un programa para contrastar cadenas y estructuras. En 1970, Needleman y Wunsch desarrollaron un programa capaz de comparar la estructura de ácidos nucléicos y proteínas lo cual fue un gran avance para la investigación de dichas estructuras. Poco después, en 1977, un equipo de la Universidad de Cambridge publicó el Staden Package, un software con la capacidad de crear y editar cadenas de ADN, el software es gratis y cuenta con una interfaz sencilla de manejar así que incluso ahora se sigue utilizando. En los ochenta, la informática tuvo muchos avances y ello ayudó también a la bioinformática a avanzar como herramienta de investigación, durante esta época la bionformática se convirtió en la herramienta número uno para el análisis de cadenas protéicas; además de ello se empezó a implementar para analizar la evolución de las proteínas y el código genético. En 1990, el Centro de Bionformática de Estados Unidos publicó BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) que, implementado los avances en redes de la época, era capaz de buscar y comparar varios tipos de estructuras biológicas con una alta rapidez. En el mismo anno,se inició el Proyecto Genoma Humano,cuyo objetivo era obtener todos los datos sobre los genes que conforman el gen genoma humano y fue terminado en 2003, este proyecto lo podríamos llamar "la primera obra maestra" de la bioinformática ya que hubiera sido imposible de hacer sin implementar todas las herramientas desarrolladas en dicha área. Recientemente, la bioinformática ha continuando en su avance, adaptándose a las nuevas tecnologías para satisfacer todos los nuevos campos de investigación de la biología.
   Y con esto termino esta entrada, el contenido de esta entrada es parte de una tesis que escribí sobre bioinformática, pronto escribiré más sobre las técnicas implementadas por la bioinformática para el análisis de datos  biológicos. No se lo pierdan.

Vacunas y la inmunidad

    Hola a todos y bienvenidos a mi nuevo blog. Hoy les reseñaré sobre un tema que ha estado en boga en tiempos recientes: las vacunas y su seguridad. Primero lo primero, ¿qué son las vacunas?

Las vacunas son implementadas para prevenir enfermedades. Foto: Freeimages

.

   Podemos definir a las vacunas como una preparación biológica que provee al organismo de inmunidad a una enfermedad particular. Una forma de explicarlo es que si contagias de una enfermedad o estás expuesto a ella por un cierto periodo de tiempo, tu sistema inmunitario desarrollará un mecanismo de defensa por sí solo para defenderte contra esta enfermedad en específico. Las vacunas utilizan el mismo principio, introducen una forma muerta o inactiva de cierto virus o enfermedad para engañar al organismo y  hacerlo crear inmunidad naturalmente. 

  Pero, muchas veces, esto no funciona. Por ejemplo, muchas personas han sido vacunadas en repetidas ocasiones contra el resfriado y aun así lo siguen contrayendo una y otra vez. La razón de esto es simple: mutaciones, las cuales causan que aquella inmunidad que fue desarrollada con el contenido de la vacuna no sea efectiva contra este nuevo virus. Por ello, los científicos siempre están desarrollando e investigando todas las nuevas cepas de virus y bacterias para desarrollar vacunas que se adapten a las nuevas mutaciones.

   Ahora que hemos entendido como se crea la inmunidad podemos explicar como se produce específicamente. Existen dos formas diferentes de inmunidad las cuales son:

• Inmunidad activa: Es la inmunidad que se adquiere de forma natural cuando se expone el individuo a la enfermedad lo cual incita la respuesta del sistema inmune y crea una inmunidad primaria. La inmunidad activa no tan sólo se puede adquirir de forma natural, sino que la podemos adquirir mediante vacunas que cuentan con una versión "debilitada" o "dormida" del virus o bacteria la cual causa la misma respuesta que el agente en forma regular mas no causa los síntomas de dicha inmunidad. Las vacunas de inmunidad activa usualmente requiere de refuerzo y se consideran mas efectivas que las de inmunidad pasiva pero son más riesgosas y tienen mayor tendencia a causar efectos secundarios.
• Inmunidad pasiva: La inmunidad pasiva siempre es artificial y se basa en la inyección de los anticuerpos necesarios para combatir cierta enfermedad. La inmunidad pasiva usualmente requiere de dosis de refuerzo y se inyecta en grandes cantidades, es considerada menos efectiva que la inmunidad activa pero un poco más segura. Las vacunas con inmunidad pasiva usualmente requieren de condiciones estrictas de almacenamiento y son muy delicadas.

   Como hemos podido leer, las vacunas funcionan imitando la respuesta de defensa de nuestro propio organismo y por ello son una forma muy efectiva de prevención de enfermedades. Recientemente ha habido mucha polémica sobre la seguridad de las vacunas y sus efectos secundarios, más la mayoría de los científicos han decidido apoyar a las vacunas, alegando las estrictas pruebas y controles de calidad (como las implementadas por la Food and Drug Administration, FDA en siglas) que deben pasar las vacunas antes de salir al mercado y dudando de la base científica de aquellos estudios señalando a las vacunas como las causantes de autismo y otras enfermedades. Aún así, se ha iniciado un debate lo cual, idealmente, nos podrá dar controles de calidad más estrictos y desarrollo de vacunas más seguras, además de mayor investigación sobre la inmunidad y su funcionamiento.

  Y bueno, esta es la primera entrada nueva del blog, espero que les guste. Y para abrir el debate, ¿qué opinas de las vacunas? ¿Crees que son lo suficientemente seguras?