Amparo Tolosa, Genotipia

Durante la epidemia de gripe de 1918 la genética era una ciencia en pañales. Ya se hablaba de genes y se sabía que estaban en los cromosomas, pero todavía no se había descubierto que el ADN era la molécula de la herencia.

Poco más de 100 años después, nos encontramos en la era de la genómica, donde la genética es una herramienta principal en la investigación biomédica y, por supuesto, en la lucha frente al coronavirus SARS-CoV-2 y la enfermedad que provoca, COVID-19.

En el post de hoy os presentamos seis áreas en las que la genética está siendo útil para conocer y hacer frente a COVID-19.

Identificación del virus

Obtener el genoma de un agente infeccioso es un paso muy importante para caracterizarlo y conocer cómo funciona.

La primera secuencia del genoma del nuevo coronavirus se obtuvo en enero. Se trataba de un virus de ARN cuya secuencia era similar al virus responsable del Síndrome Respiratorio de Oriente Medio (síndrome que se abrevia SARS en inglés). Precisamente este parecido genético entre ambos coronavirus fue crítico para denominar al nuevo virus SARS-CoV-2.

Obtener la secuencia del virus, su tarjeta molecular identificativa, sería un primer paso hacia la posibilidad de detectar su presencia y estudiar su propagación de forma precisa.

Detección de SARS-CoV-2

Gracias a conocer la secuencia del nuevo coronavirus ha sido posible adaptar técnicas ya conocidas y utilizadas en otros ámbitos a la detección del virus. El mejor ejemplo es el de la PCR, tema sobre el hablamos en uno de nuestros posts.

La técnica de la PCR permite amplificar de forma específica fragmentos de ADN hasta hacerlos detectables por máquinas diseñadas con ese objetivo. En el caso del coronavirus, como es un virus de ARN, antes de la PCR se hace una copia en ADN de la muestra. Pues bien, durante los últimos meses se han diseñado diferentes variaciones de PCR aplicadas a la detección del coronavirus. Algunas de ellas están dirigidas a acelerar el tiempo de realización de la prueba, que habitualmente necesita de algunas horas.

CRISPR es otra tecnología que ha sido adaptada para la detección genética del coronavirus. En este caso el mecanismo es algo diferente, aunque también está basado en el reconocimiento de secuencias específicas del coronavirus.

Seguimiento genético de la epidemia

La secuenciación de los genomas de coronavirus obtenidos de las personas diagnosticadas con COVID-19 o que han dado positivo para la infección ha permitido elaborar una historia genética del virus a lo largo del tiempo.

Como todos los virus, el coronavirus SARS-CoV-2 cambia. Y a partir de las mutaciones, los investigadores pueden estimar cómo evoluciona y cómo se ha propagado por las diferentes ciudades y países. Esta información puede ser útil para en la elaboración de políticas de contención.

Identificación de factores de riesgo

¿Por qué unas personas apenas tienen síntomas y otras enferman de gravedad cuando se infectan con el coronavirus SARS-CoV-2? Existen muchos factores: la edad, la presencia de otras enfermedades….y los genes.

Desde el inicio de la pandemia diferentes investigadores estudian cómo influye el genoma de cada persona en su respuesta al coronavirus. Hasta el momento se han identificado diversas conexiones entre los genes y cómo avanza COVID-19. Por ejemplo, se ha relacionado la presencia de alteraciones en genes relacionados con la respuesta inmunitaria con una mayor probabilidad a tener COVID-19 más agresiva.

Conocer qué genes humanos influyen en el riesgo a tener una forma más grave de la enfermedad podría favorecer la identificación de aquellos pacientes que presentarán más complicaciones con la enfermedad. Esto permitiría que los profesionales clínicos estén mejor preparados para actuar según las necesidades del paciente.

Investigación sobre los mecanismos de acción del coronavirus

La infección por coronavirus trastoca las células afectadas haciendo que modifiquen sus “costumbres”. También afecta al ejército y recursos del sistema inmunitario, repartidos por todo el organismo.

La genética tiene mucho que ver con el estudio de las instrucciones que siguen las células para fabricar sus componentes o responder a cualquier señal. Por lo tanto, es una herramienta de gran utilidad para investigar cómo funciona el virus. Y sobre todo, como veremos más adelante, para investigar cómo hacerle frente.

¿Qué genes son necesarios para que el coronavirus infecte con éxito las células? ¿Y cuáles se ven afectados cuando la célula es infectada? En la actualidad diversos grupos de investigación intentan responder a estas preguntas para obtener una imagen más detallada de lo que ocurre cuando el coronavirus entra en el cuerpo humano.

Por otra parte, muchos de los estudios se realizan a través de modelos animales. ¿Y cómo se suelen generar estos modelos? A través de técnicas de ingeniería genética. Por ejemplo, algunos investigadores han generado ratones  en los que han sustituido el gen de ratón que codifica la proteína que media la entrada del coronavirus a las células por el gen de humanos. Así, han obtenido ratones pueden ser infectados por el coronavirus y reproducen algunos de los síntomas de COVID-19. En definitiva, han creado un modelo en el que estudiar la enfermedad.

Desarrollo de tratamientos y vacunas

En estos momentos, la forma más eficiente de controlar la propagación de la enfermedad causada por el coronavirus son las medidas de prevención como la mascarilla o el distanciamiento. Mientras tanto, se investigan formas de tratar la enfermedad y se buscan soluciones a largo plazo: las vacunas.

¿Cómo interviene la genética en el desarrollo de tratamientos? De múltiples formas. Por una parte, como ya mencionamos, a través de la creación de modelos animales donde estudiar el virus. Por otra, gracias a conocer el genoma de SARS-CoV-2, se puede estudiar cómo afecta su variación a las proteínas del virus. Esto es importante en proteínas como la proteína S, que tiene un papel esencial en el reconocimiento y entrada del virus a las células que infecta. La secuencia de ADN puede utilizarse para predecir la estructura de la proteína y diseñar o buscar moléculas que la bloqueen y puedan tener efecto terapéutico. Un área de investigación similar trata de obtener anticuerpos de diseño (mediante técnicas que incluyen ingeniería genética) para bloquear la acción del virus.

Otras aproximaciones abordan la utilización del sistema CRISPR para eliminar el virus. En este caso, la idea es utilizar CRISPR para que detecte de forma específica el ARN del coronavirus y lo corte, impidiendo la replicación activa del virus y su propagación de unas células a otras.

Por último, la mejor apuesta a largo plazo para hacer frente al virus son las vacunas. El objetivo de las vacunas es entrenar al organismo ante un posible contacto con el virus. Para ello se utiliza alguna molécula o proteína característica del virus y se la presenta al sistema inmunitario. Éste piensa que un virus real está atacando y genera una respuesta que será recordada por el organismo y facilitará que, si la persona entra en contacto con el virus real pueda desarrollar una respuesta inmunitaria frente a él antes de que la infección desemboque en COVID-19.

En la actualidad se están investigando más de 100 potenciales vacunas, algunas de las cuales ya están en fase avanzada y probándose en personas. La mayoría de estas vacunas requieren en mayor o menor medida técnicas genéticas para su diseño y desarrollo. Por ejemplo, varias de ellas, están basadas en hacer llegar a las células las instrucciones de la proteína S del virus. Las células leen las instrucciones y producen proteína S del virus, que es reconocida por el sistema inmunitario como extraña y desencadena una respuesta. Como solo está presente esa proteína, en principio no se produce enfermedad pero el cuerpo puede generar una memoria inmunitaria para reconocer y actuar frente a la proteína viral en el futuro. Si después se produce una infección real por el virus con la proteína, el sistema inmunitario ya estará “entrenado” para hacerle frente.

Definitivamente, a nivel científico y tecnológico, estamos mucho más preparados para hacer frente a una pandemia que hace 100 años. Un ejemplo es que se han conseguido desarrollar varias vacunas candidatas potenciales para COVID-19 en tiempo récord. Para algunas ya hay resultados preliminares muy prometedores. Y la ciencia continúa avanzando.

 Si te interesa el tema, puedes consultar más artículos sobre genética y el coronavirus SARS-CoV-2 en nuestro blog y sección de noticias.