A 20 años del Proyecto del Genoma Humano

Hoy se cumple el vigésimo aniversario de la publicación de la secuenciación del genoma humano. El primer gran hito científico del siglo XXI. Un punto de inflexión para las ciencias biológicas, biomédicas y de otras disciplinas que ha marcado el rumbo de la ciencia y la tecnología actuales.

En un país con una política y cultura incompatibles con la ciencia como México parecería una celebración intrascendente, sin embargo, como un pequeño botón de muestra para resaltar su impacto hay que observar las vacunas que hoy existen y varias de las que se están desarrollando para combatir la pandemia de COVID-19: Serían impensables sin los conocimientos y los desarrollos tecnológicos que se utilizaron y que derivaron del Proyecto del Genoma Humano aplicados al análisis genómico del coronavirus SARS-CoV-2.

La peor pandemia en un siglo parecería un marco de celebración perverso de este logro del conocimiento humano, pero, como en todas las crisis, este acontecimiento nos debería invitar a llevar a cabo un ejercicio de reflexión profunda sobre lo que, como nación, no hemos hecho para aprovechar las posibilidades de las ciencias y tecnologías de la genómica.

Como se vaticinó hace 20 años, los países que dominan la economía mundial son aquellos que entienden los componentes del código de la vida, del ADN, de las tecnologías de la informática, del procesamiento de grandes bases de datos y muchos otros campos que se basan en los recursos biológicos. Es lo que se llama bioeconomía.

Este nuevo campo produce innovadores productos, procesos y servicios a partir de los recursos biológicos e impacta en todos sectores de la economía, incluida la medicina y la agricultura. De acuerdo con el Global Bioeconomy Policy Report de 2020, tan solo en el Reino Unido este campo contribuyó con 220 mil millones de libras al producto nacional bruto y 5.2 millones de puestos de trabajo, únicamente en 2014.

Las ganancias que dejarán las vacunas de nueva generación contra la COVID-19 –que aprovechan el material genético del coronavirus– para los países productores como Alemania, China, Estados Unidos, Reino Unido y Rusia serán estratosféricas. Empresas biotecnológicas como BioNTech y Moderna han crecido tanto que los científicos que las crearon ya se encuentran entre los multimillonarios más ricos del planeta, en solo un año de pandemia.

Gracias a la visión apátrida y miope de los gobiernos anteriores y el actual, en el escenario pandémico internacional nuestro país quedó reducido a simple comprador de vacunas sometido a las reglas de los productores. No es creador de inmunizaciones ni medicamentos basados en la genómica. La quinceava economía, y una de las cinco naciones megadiversas del planeta, depende de lo que otros países inventan, desarrollan, producen y nos venden.

“El mundo será dominado por los imperios de la mente”, profetizó Albert Eisntein. Esa es nuestra realidad: somos subyugados por las mentes de otras naciones.

Carrera por el desciframiento

El Proyecto del Genoma Humano se desarrolló a lo largo de más de 13 años, aunque la idea inició a mediados de la década de los 80. Formalmente empezó en 1990 como un esfuerzo público encabezado por los Institutos Nacionales de Salud (NIH, por sus siglas en inglés) y el Departamento de Energía de Estados Unidos.

Siete meses antes de que se publicaran los resultados, en junio de 2000, el gobierno estadounidense anunció el primer “borrador” del genoma humano con bombo y platillo, que más que una meta fue como el punto de partida.

Por un lado, estaba Francis Collins, director del equipo de genoma humano de los Institutos Nacionales de Salud, quien lideró el esfuerzo público y de colaboración internacional en el que participaron 2 mil 400 científicos de seis países y contó con un presupuesto de 2 mil 700 millones de dólares.

Pero, por otro lado, estaba el proyecto privado e innovador encabezado por Craig Venter, quien tenía mucha experiencia en la secuencia de genomas bacterianos y quien fundó y dirigió la empresa Celera Genomics para emprender el desciframiento genético humano. Ahí, su equipo de científicos desarrolló nuevos algoritmos y tecnologías de alto rendimiento para la secuenciación del ADN que fueron fundamentales para el éxito del proyecto. Redujo el costo, aumentó la velocidad y mejoró el rendimiento en la generación de las secuencias de las bases genéticas de la molécula de la vida, el Ácido Desoxirribonucleico o ADN.

Con estos desarrollos impulsó un nuevo campo tecnológico basado en el desarrollo de herramientas matemáticas, computacionales y bioinformática para identificar, procesar, ensamblar, y acoplar miles de millones de datos.  En tan solo nueve meses y menos de una quinta parte del presupuesto, superaría el esfuerzo público de 10 años. El gobierno estadounidense no tuvo más remedio que incluir a Venter en la ceremonia de presentación del borrador en la Casa Blanca.

De manera coordinada, el 16 de febrero de 2001, la revista Science publicó los resultados de Celera Genomics, mientras que la revista Nature, los resultados del consorcio público.

Entre muchos miembros de la comunidad científica se observó con recelo la contribución de Celera; muchos medios de comunicación mostraron una “supuesta competencia” entre ambos esfuerzos. Así lo recuerda Craig Venter en Scientific American esta semana:

“Creamos una nueva empresa llamada Celera Genomics con el objetivo de secuenciar el primer genoma humano en tres años o menos. El lema de la empresa era La velocidad importa, el descubrimiento no puede esperar. Este anuncio no fue recibido con los brazos abiertos por la comunidad de secuenciación dirigida por los NIH, que dijo que los planes de secuenciación de Celera terminarían con la versión del genoma del “queso suizo”…. Supongo que puedo entender por qué no estaban emocionados de tener un recién llegado al juego y así comenzó lo que la prensa denominó una carrera para secuenciar el genoma humano enfrentando a Celera contra los NIH y el esfuerzo internacional del genoma”.

El desciframiento

La secuenciación o desciframiento significa determinar el orden exacto de los pares de bases de la molécula que contiene la información genética en todos los seres vivos, mejor conocida como ADN y que está formada por dos cadenas que se enrollan entre sí para formar una estructura de doble hélice.  Para el caso de los humanos se trata de una molécula enorme que se empaqueta en 23 pares de cromosomas dentro del núcleo de cada célula del organismo.

Las bases son cuatro: adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina (T), que se enlazan en pares, A siempre con T y C siempre con G. Visto al microscopio el ADN parece una escalera de caracol y en cada peldaño de la escalera está conformado por los enlaces de bases. La secuencia de estas bases o “peldaños” a lo largo de toda la cadena es lo que codifica las instrucciones para formar todos los genes que conforman las proteínas, tejidos, órganos y las características de cada individuo.

El método más eficiente utilizado para secuenciar el código genético humano fue la secuenciación basada en mapas o BAC –desarrollado por Celera–, que es el acrónimo en inglés de cromosoma artificial bacteriano.

Como el ADN humano es muy grande se fragmentó en trozos de entre 150 mil y 200 mil pares de bases. Los fragmentos se clonan en bacterias, que almacenan y replican el ADN humano para que puedan reproducirse en grandes cantidades y hacer el análisis de la secuencia una y otra vez. Se requirieron alrededor de 20 mil clones BAC diferentes para contener los 3 mil millones de pares de bases del genoma humano.

Cada clon de BAC es identificado o “mapeado” para determinar de qué parte del ADN proviene. De esta manera se pueden secuenciar de forma simultánea cientos de fragmentos de BAC aún más pequeños, de 2 mil  bases de longitud llamados subclones, donde se lleva a cabo una “reacción de secuenciación” que identifica el orden en que se acomodan las bases.

Posteriormente, una computadora ensambla estas secuencias cortas en tramos contiguos de secuencia y va uniendo las diferentes porciones más grandes del ADN, cromosoma por cromosoma, hasta secuenciar la totalidad del genoma humano. En total se secuenciaron más de tres mil millones de bases y más de 20 mil genes, la mayoría todavía se desconocen.

Capacidades y acceso público

Esta tecnología ha mejorado y es más eficiente hoy en día. Actualmente hay disponibles secuencias del genoma de cientos de miles de microorganismos, plantas y animales que han transformado nuestro conocimiento biológico, que son útiles en prácticamente todos los campos de la actividad humana como la biomedicina, la energía, la agricultura, la industria textil, materiales, entre muchos otros.

La genómica es un campo estratégico para la economía de los países desarrollados. Es una herramienta fundamental para el desarrollo sostenible y respetuoso del medio ambiente. De hecho, en países como Alemania, China y Reino Unido, quienes encabezan este campo, se llevan a cabo secuencias genómicas de organismos o plantas cada día.

Gracias a este potencial fue que una vez identificado el nuevo coronavirus SARS-CoV-2 los investigadores realizaron su secuencia genética y la publicaron en bases de datos de libre acceso. Los científicos de BioNTech y Moderna solo tuvieron que bajar esa información de internet para empezar sus trabajos para obtener la vacuna anticovid.

El gobierno biritánico creó el Covid-19 Genomics UK, una asociación de las cuatro agencias de salud pública del Reino Unido, el Instituto Wellcome Sanger y 12 instituciones científicas que llevan a cabo el análisis genómico de miles de muestras del SARS-CoV-2 cada día. Gracias a este trabajo se han identificado las nuevas variantes del coronavirus y se analiza, día a día, la manera cómo va evolucionando el patógeno.

Esto lo pueden hacer los científicos en cualquier país del mundo el detalle está en tener acceso a internet y tener conocimientos altamente especializados. Así pueden participar en trabajos de análisis de genomas sin tener que generar ellos mismos los datos de secuencia. Y en este detalle está el demonio: no todos los países tienen los recursos humanos capacitados ni la infraestructura adecuada para esta tarea. México tiene muy escasos recursos en ambos rubros.

Para ello, las instituciones científicas y grupos de investigadores deben formar bancos de datos computacionales, herramientas informáticas y equipos que permitan el almacenamiento y el acceso a la información. Lograr esto requirió la formación de nuevas disciplinas y nuevas generaciones de especialistas con una perspectiva multi y transdisciplinaria.

Asimismo, cambiaron muchas costumbres de los investigadores del campo de las ciencias de la vida y se fortaleció la colaboración y el intercambio de información aún antes de que se realicen las publicaciones científicas.

El tema de la propiedad y la disponibilidad de los datos genómicos fue una discusión que acompañó el proyecto de la secuenciación del genoma humano. De ahí derivaron diversos pactos internacionales como el acuerdo de Bermudas en 1996, la Declaración Internacional sobre los Datos Genéticos Humanos de la UNESCO en 2003, y el acuerdo de Fort Lauderdale en 2003, que establecieron el postulado de que este tipo de proyectos de gran aliento y con un uso intensivo de datos deberían ser recursos de acceso público y los datos generados deben estar disponibles gratuitamente para todos los investigadores del mundo.

A pesar de ello, hay muchos proyectos genómicos que obstaculizan el acceso a la información, sobre todo a investigadores de países subdesarrollados o de instituciones pequeñas.

Son tantas las implicaciones del Proyecto del Genoma Humano que se requieren libros (los hay, y muchos) solo quiero cerrar con la importancia clave de este proyecto.

Como ocurre con frecuencia con los grandes proyectos científicos, se exacerbaron las expectativas. Aún falta mucho por conocer del genoma humano y los factores genéticos de muchos padecimientos.Todavía falta avanzar en sus derivados como el epigenoma,  transcriptoma, proteoma, metaboloma, metagenoma y metatranscriptoma, entre otros.

Para ello es necesario formar miles de jóvenes mexicanos en estos campos y crear las instituciones científicas que nos permitan generar conocimientos y tecnologías con las que podamos desarrollar vacunas, medicamentos, alimentos y energías para el futuro. A raíz de esta celebración del Proyecto del Genoma Humano inmersa en la pandemia de COVID-19 nuestro país debería reflexionar sobre cómo podemos subirnos al tren de las ciencias de la vida.

En lugar de estar pidiendo indulgencias a las empresas productoras de vacunas contra la COVID-19, México debería desarrollar la capacidad de producir sus propias vacunas. Estamos padeciendo los resultados del analfabetismo científico de los gobernantes que tuvimos desde hace décadas y en el futuro continuaremos padeciendo el analfabetismo científico del gobierno actual.

Lo que ocurre con las vacunas anti COVID-19 es una muestra real de la dependencia científica y tecnológica. ¿Acaso a los políticos se les ocurre alguna idea para enfrentarlas?