Las bacterias que sobreviven en los reactores nucleares podrían ser nuestra arma secreta para las vacunas futuras

Bacteria Deinococcus radiodurans dividíéndose por fisión binaria en el laboratorio de la USU. (Imagen CC vista en Wikipedia / crédito USU / Michael Daly)

Corría el año de 1956 cuando un equipo de investigadores de la Universidad de Oregón, que trabajaba en una máquina experimental para esterilizar carne en conserva (previo bombardeo de la lata con “rayos gamma”) descubrió a cierto microbio duro de roer. Aquella bacteria que se empeñaba una y otra vez en echar a perder la carne, recibió el nombre de Deinococcus radiodurans, precisamente por su capacidad asombrosa para sobrevivir a altas dosis de radiación. Desde entonces y hasta nuestros días, unos pocos equipos científicos diseminados por el globo han venido estudiando y comprendiendo los trucos que confieren su extraordinaria resistencia a este súper héroe del mundo de los microbios (de hecho hay quien se refiere a él humorísticamente como “Conan the bacterium”).  

¿Es para tanto? Baste decir que sobrevive a radiación de hasta 5.000 grays, lo cual equivale aproximadamente a 1.500 veces la dosis que mataría a un ser humano.

Se conoce como extremófilos, a aquellos organismos capaces de sobrevivir en ambientes que cualquier otro organismo consideraría hostiles, por sus elevados gradientes de temperatura, acidez, radiación, presión o toxicidad. Obviamente el D. radiodurans es un extremófilo, pero no uno cualquiera (como por ejemplo el Pyrolobus fumarii, especialmente adaptado a los afloramientos hidrotermales del fondo del océano) sino todo un campeón.

De él se dice que es un “generalista” robusto, capaz de sobrevivir a exposiciones prolongadas a casi cualquier cosa, desde químicos tóxicos hasta ácidos corrosivos. Sitúale en un desierto de calor sofocante, o en una región polar con temperaturas bien por debajo del cero y ni “pestañeará”. Se le ha detectado en los tanques de refrigeración de los reactores nucleares y ha sobrevivido a la exposición directa al vacío del espacio. De hecho, si quisiéramos colonizar Marte con organismos terrestres, el D. radiodurans sería un magnífico candidato.   

Bien, una vez rendida la pleitesía debida a un organismo tan “resistente a todo”, vamos a comenzar a hablar del tema que realmente nos interesa. Cómo podría ayudar esta bacteria a acelerar y simplificar los procesos de creación de vacunas seguras, que como es bien sabido pueden llegar a durar – en circunstancias normales – hasta una década de trabajo. Para explicarlo antes debemos explicar cómo funciona el mecanismo que permite sobrevivir a dosis tan altas de radiación a nuestro Conan extremófilo.  

Y para hacerlo debemos hablar de Mike Daly, un biólogo molecular de los Servicios Universitarios Uniformados (institución científica dependiente del Pentágono) que lleva muchos años estudiando al D. radiodurans. Actualmente, Daly trata de aplicar todo su conocimiento sobre esta bacteria en un proyecto que intenta fabricar una vacuna contra la polio partiendo de cero.

¿Por qué polio y no coronavirus? Bien, muchos trabajos experimentales destinados a dar con nuevas metodologías en la creación de vacunas, usan al patógeno de la polio en sus ensayos y  pruebas de concepto, debido sobre todo al conocimiento acumulado que se tiene sobre esta enfermedad desde hace décadas.

La idea de colaborar en un trabajo así de alejado de su campo de acción, se le ocurrió a Daly tras observar la estrategia seguida por el D. radiodurans para sobrevivir a dosis letales de radiación. El “súper poder” de la bacteria reside en un conjunto de nuevas proteínas, capaces de reparar los daños en el ADN y ARN producidos por la exposición a la radiación.

Imagen de Michael Daly explicando la radioresistencia de la bacteria D. radiodurans. (Imagen tomada de un vídeo del canal de la USU en Youtube).

Pese a que los radiobiólogos creyeron inicialmente que el extremófilo sobrevivía activando mecanismos celulares que protegían directamente su ADN, en realidad nuestra bacteria Conan emplea un enfoque más indirecto: proteger y aislar todas sus proteínas de reparación.

Para que lo entendáis imaginad que el director del Museo del Prado cuenta con un par de “artistas superdotados” que se saben de memoria todas las obras maestras expuestas en sus galerías, y son capaces de restaurarlas en cuestión de horas. En caso de que caiga una bomba enorme sobre el museo, en lugar de proteger todas sus valiosísimas obras (lo cual requeriría mucho espacio y recursos) el director elige proteger en un pequeño bunker solo a sus dos restauradores, que una vez pasado el peligro salen de su escondite y arreglan todo el desaguisado pincel en mano.

Como la bomba en el museo, la radiación hace que todo el ADN del D. radiodurans se deshaga como si fuera pasta excesivamente cocida. Aunque en realidad no es la propia radiación la que causa los destrozos más grandes en la información genética, sino los compuestos “oxidantes” altamente reactivos que se forman por la acción de los rayos X y gamma sobre los iones de hidrógeno y oxígenos liberados durante el bombardeo radioactivo.

Estos compuestos oxidantes son los verdaderos culpables del destrozo de todos esos “útiles” orgánulos y macromoléculas que permiten la superviviencia de la bacteria. Y para protegerse de ellos, el D. radiodurans cuenta con un compuesto antioxidante especial fabricado con manganeso cargado positivamente. Este antioxidante, es el que la bacteria emplea para proteger “contra viento y marea” a su conjunto de proteínas reparadoras de ADN.

Por seguir con mi ejemplo anterior del museo del Prado, el antioxidante sería el búnker, y las proteínas reparadoras de ADN nuestra pareja de artistas restauradores superdotados. ¡Magistral verdad!

Vale, sigo sin ver qué utilidad tiene todo este proceso en la simplificación y aceleración de los procesos que usan nuestros científicos para fabricar vacunas. Ahora vamos, paciencia.

Observando lo bien que funcionaba el complejo antioxidante de manganeso a la hora de proteger a las proteínas reparadoras contra la radiación, a pesar de que no salvaguardaban en absoluto ni el ADN ni el ARN de la bacteria, a Mike Daly se le ocurrió que el truco podría ser ideal para hacer vacunas. Y es que básicamente, una buena vacuna necesita parecerse al microbio infeccioso original (lo suficiente como para que el sistema inmunológico lo reconozca y comience su búsqueda y destrucción) pero sin resultar tan letal como este.  

De modo qué, imaginad que uno coge un patógeno concreto (el de la polio en este caso) y lo mezcla con los compuestos antioxidantes de manganeso. En teoría se podría destruir su genoma (bien sea de ADN o ARN) hasta convertirlo en algo totalmente estéril e incapaz de infectar. Sin embargo, al mismo tiempo se podrían preservar todas las estructuras, péptidos, ligandos y el resto de elementos que conforman la superficie del virus o bacteria. Resumiendo: aplicando el truco del D. radiodurans obtendríamos rápidamente un “fantasma” del patógeno que asustaría al sistema inmunológico, sin dañarlo en absoluto.

Si este novedoso enfoque funciona lograremos acortar dásticamente el proceso de atenuación del patógeno, que es precisamente lo que hace que los procesos de fabricación de vacunas se demoren durante años. Hasta el momento, el récord en el desarrollo más rápido de una vacuna contra la polio (recordad que esta enfermedad es el “sparring” habitual empleado por los desarrolladores de vacunas) es de seis años, marca conseguida por Jonas Salk. Este período de tiempo se dividió en 4 años de investigación básica (el proceso cuya duración se intenta ahora recortar) y otros 2 años de ensayos clínicos (los cuales no pueden recortar si queremos obtener vacunas seguras y testadas).

¿Conseguirá el equipo de Daly reducir esos cuatro años de experimentación tediosa, basada en un constante “prueba y error”, con su enfoque basado en el D. radiodurans? Confiemos en que así sea. Si lo logran nuestras futuras vacunas podrían estar a disposición de los médicos en mucho menos tiempo, lo cual redundaría en un buen número de vidas salvadas como resultado.

Confiemos en Daly y en “Conan the bacterium”. ¡Me cae simpático el bicho!

Me enteré leyendo Gizmodo.

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