BIOLOGÍA

Fábricas vivas

La biotecnología sabe aprovechar la capacidad de crear moléculas complejas que poseen los organismos vivos. Los últimos avances permiten, entre otras muchas cosas, obtener resistentes fibras de seda de araña a partir de leche de cabras transgénicas.

La realidad supera a la ficción

En 1963 Steve Ditko, guionista de Marvel Comics, nos contó la historia de Peter Parker quien, tras ser mordido por una araña radiactiva, adquirió capacidades sobrehumanas. Sin embargo, pese a su "sentido araña", el Increíble Spiderman dependía de una tecnología de tipo físico-químico, que en la actualidad nos parecería obsoleta, para lanzar sus redes: unos lanzarredes metálicos colocados en sus muñecas, escondidos debajo del traje, que debían ser cargados periódicamente con un polímero sintético de elevada resistencia y flexibilidad, que se endurecía al contacto con el aire, convirtiéndose en un material de propiedades semejantes a la seda de araña.

Si Ditko hubiera escrito su historia en 2002, posiblemente hubiera pensado en otra solución más biológica. Las células epiteliales de las muñecas de Spiderman podrían haber sido modificadas genéticamente para que fueran capaces de fabricar, de forma natural, las proteínas que constituyen la tela de araña. ¿Demasiado fantasioso? Pues es prácticamente real. Justamente eso es lo que acaban de conseguir los científicos de la empresa canadiense de biotecnología Nexia, transfiriendo genes de araña a células epiteliales de cabras transgénicas, con el fin de obtener grandes cantidades de un material con las propiedades más extraordinarias: la seda de araña.


El material más sorprendente de la naturaleza

La seda de araña es, sin lugar a dudas, un material de propiedades asombrosas, perfeccionado por la selección natural a lo largo de cientos de millones de años. La seda está formada principalmente por una proteína llamada fibroína, que se produce en unas glándulas epiteliales modificadas, situadas en el extremo posterior del cuerpo de la araña. Se han descrito hasta siete tipos distintos de estas glándulas, produciendo cada una de ellas un tipo distinto de seda, según los diferentes usos a los que esté destinada. La seda se produce en forma de proteína soluble en agua, con un peso molecular de alrededor de 30.000 , y se polimeriza al contacto con el aire, formando agregados con peso molecular de 200.000 a 300.000, que son trenzados para formar fibras extremadamente resistentes y elásticas.

Una fibra de seda es mucho más resistente que un cable de acero de similar grosor, y muchísimo más elástica. Se dice que un cable de seda de araña del grosor de un lápiz podría detener a un Boeing 747 en pleno vuelo. A la vez, la singular estructura molecular de las fibras de seda permite que puedan estirarse hasta veinte veces su tamaño sin romperse. Todo ello en un material de origen natural, biodegradable e inocuo. No es sorprendente que el hombre haya intentado, desde hace décadas, usar este singular material para sus fines tecnológicos, intentos que resultaron infructuosos hasta hace muy poco. El equivalente artificial más parecido, el Kevlar, la fibra sintética de la que se fabrican los chalecos anti-balas, es tres veces menos resistente y de mucha menor elasticidad que la seda de araña, tiene un elevado coste de producción y su fabricación implica el uso de altas presiones y temperaturas, así como disolventes orgánicos ácidos, altamente contaminantes.


Fabricando telarañas

Los intentos de criar arañas en granjas, del mismo modo que se crían los gusanos de seda, han resultado siempre desastrosos, dado el carácter agresivo y territorial de prácticamente todas las especies de arácnidos. Además, la araña recicla su telaraña, y está continuamente comiéndose las sedas que se han quedado viejas, para aprovechar su contenido en proteínas. Por tanto, si se desea obtener gran cantidad de seda para fines comerciales, es necesario recurrir a soluciones biotecnológicas, intentando su fabricación mediante otro tipo de organismo, más adecuado para su crianza y que no destruya la seda que produzca.

La multinacional Dupont, líder mundial en la fabricación de fibras, intentó expresar el gen de la fibroína de araña en bacterias y levaduras, con resultados bastante decepcionantes. La maquinaria enzimática de las bacterias y levaduras degradaba la proteína producida, de modo que se obtenían compuestos de menor peso molecular, no aptos para producir fibras de seda.

Sin embargo, los científicos de Nexia intentaron una idea mucho más ambiciosa basándose en las semejanzas que existen entre las células productoras de seda de las arañas y las células productoras de leche de los mamíferos. Ambos tipos celulares proceden de células epiteliales, modificadas con el fin de fabricar grandes cantidades de proteína y segregarlas al exterior. Las diferencias sólo se hallan en la forma de las células, ya que la maquinaria enzimática de fabricación, modificación y secreción de proteínas es común para todos los animales. A nivel bioquímico, los mamíferos estamos mucho más cerca de los artrópodos de lo que solemos estar dispuestos a admitir, y las células epiteliales de cabra, adecuadamente modificadas, son capaces de fabricar la proteína de la seda con tanta eficacia como las células epiteliales de araña.


Las increíbles cabras-araña

Nexia es uno de los líderes mundiales en biotecnología de animales, y hace un par de años, había desarrollado una estirpe de cabras de rápido crecimiento denominadas cabras BELE (Breed Early - Lactate Early, o "crianza rápida - producción de leche rápida"). "Bele" es una palabra de origen bantú, que designa las ubres de las vacas y cabras, y también significa "ternura" o "suavidad", una denominación adecuada para las pequeñas cabras de Nexia, que alcanzan la madurez sexual cuando tienen de 3 a 6 meses de edad (a diferencia de los 8 meses mínimos requeridos en las razas normales) y son de menor tamaño que las cabras habituales, por lo que requieren menores cantidades de alimento. Las cabras BELE se criaron con destino a la fabricación industrial rentable de grandes cantidades de proteínas y otros compuestos en la leche. La fibroína de la seda de araña será la primera de estas proteínas, si bien la empresa tiene en proyecto aplicar el mismo método a la producción de otras proteínas de interés comercial, tales como insulina, colágeno, hormona del crecimiento, factores de coagulación sanguínea o anticuerpos monoclonales. Las posibilidades son casi infinitas.

El proceso de obtención de una cabra modificada para fabricar seda de araña resulta, en realidad, bastante sencillo. En primer lugar, se parte del gen de la fibroína de la seda, aislado a partir del genoma de una araña. Para ello se han utilizado genes de dos especies de arañas muy comunes, que se pueden encontrar fácilmente en el proverbial patio trasero de nuestras casas: Araneus diadematus, la araña de jardín común europea, y Nephila clavipes, la araña tejedora dorada, que vive en América Central y el Sur de Estados Unidos. A continuación, se inserta este gen, conteniendo la información para fabricar la fibroína, en un plásmido, es decir, un pequeño cromosoma artificial, con un promotor adecuado para que las células de mamífero sean capaces de reconocer el gen como propio. En tercer lugar, este plásmido se inserta en el núcleo de una célula epitelial de cabra, añadiendo así el gen de la fibroína al genoma de la cabra.

Nexia ha conseguido, hasta ahora, obtener células epiteliales mamarias de cabra con el gen insertado, capaces de producir estas fibras biosintéticas. Para dar el paso hacia una cabra transgénica, el núcleo celular modificado se inyectará, empleando las técnicas recientemente desarrolladas de clonación de mamíferos, en un embrión de cabra, que a su vez se implanta en el útero una cabra adulta para que se lleve a cabo su desarrollo. El animal que nacerá será una cabra transgénica, modificada para que la leche que produzca cuando sea adulta contenga grandes cantidades de fibroína, a partir de la cuál se obtendrán fibras de seda de araña. Estas fibras se podrán hilar mediante los métodos convencionales de la industria textil, para obtener tejidos de elevada elasticidad y resistencia con interesantes aplicaciones médicas, tecnológicas y militares.


Fábricas vivas

El intento de la fabricación de seda de araña en cabras es únicamente el más reciente y, quizás, el más espectacular, pero en ningún caso es el único. Muchos compuestos y materiales biológicos se producen ya comercialmente empleando distintos tipos de seres vivos como reactores.

Los cultivos de bacterias son los biorreactores ("reactores vivos") más empleados. Los primeros compuestos producidos con fines comerciales en el interior de células bacterianas fueron la insulina y la hormona del crecimiento humanas, pero hoy en día la lista asciende a casi un centenar de proteínas y otros compuestos. La compleja maquinaria enzimática de las células vivas sirve para llevar a cabo complicadas síntesis químicas que serían muy laboriosas de realizar en el laboratorio, o imposibles en muchos de los casos más problemáticos.

Sin embargo, las bacterias no son suficientes, como hemos podido comprobar en el caso de la seda de araña, y muchas moléculas complejas necesitan de un biorreactor constituido, según los casos, por un animal o una planta. Ya se están logrando los primeros éxitos empleando cabras, conejos, ratones, vacas, cerdos, ovejas e incluso pollos transgénicos. En muchos casos se logra la acumulación de grandes cantidades de la proteína deseada en la leche (o en los huevos, en el caso de los pollos), de donde únicamente hace falta extraerla y purificarla para su comercialización. Económicamente es a menudo rentable y el proceso de producción casi siempre resulta ser más respetuoso con el medio ambiente que las complicadas síntesis química. Además, el daño o maltrato causado a los animales es prácticamente nulo.

Seguramente, en los próximos años seremos testigos de un cambio radical en el concepto de fabricación de muchos compuestos químicos, en los que los animales transgénicos clonados serán los protagonistas principales. Las cabras-araña serán tan sólo el comienzo.

Autor: Owen Wangensteen | 2002