Cada año se recolectan más de 112.5 millones de donaciones de sangre en todo el mundo, pero la mayoría de estas contribuciones son inutilizables para algunos de los pacientes más necesitados.
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Las transfusiones de sangre deben coincidir con el tipo de sangre de un donante con el del receptor; de lo contrario, el sistema inmunitario del receptor podría atacar la sangre extraña y causar una enfermedad grave. Hoy, los científicos en la 256a Reunión y Exposición Nacional de la American Chemical Society informan que prometen nuevos pasos para piratear este sistema, utilizando enzimas bacterianas derivadas del microbioma intestinal para convertir los tipos de sangre restrictivos en sangre más universal.
Hay cuatro tipos principales de sangre: sangre AB, A, B y O, que se distinguen por los azúcares que los glóbulos rojos transportan en su superficie, llamados antígenos.
AB es el acumulador egoísta del grupo, que lleva tanto el antígeno A como el antígeno B. Con todo su brillo, la sangre AB solo se puede transfundir a otros con el tipo de sangre AB, pero las personas que tienen sangre AB son receptores universales. Los tipos de sangre A y B contienen solo uno de los dos antígenos, respectivamente, y las personas con estos tipos de sangre solo pueden recibir sangre que no contenga el otro azúcar.
Oh sangre, por otro lado, es el mártir desnudo que carece de los azúcares que decoran a sus hermanos. Su estado relativamente árido lo convierte en una presencia amigable en casi todos los entornos inmunes, y la sangre tipo O, el donante universal del grupo, tiene una demanda constante.
Para satisfacer la necesidad desproporcionada de sangre universal, los bancos y los centros de donación están constantemente atentos a estos donantes deseables. Pero a pesar de que alrededor del 40 por ciento de la población es de tipo O, las existencias siempre parecen quedarse cortas, en parte porque la sangre almacenada tiene una vida útil relativamente corta. En los últimos años, los científicos han comenzado a experimentar con la generación del tipo O en el laboratorio, ya sea sintetizando glóbulos rojos desde cero o cortando los azúcares ofensivos de la sangre AB, A y B.
El año pasado, un grupo de investigadores dirigido por Jan Frayne hizo grandes avances con la estrategia anterior, infectando una línea de precursores de glóbulos rojos con genes cancerosos para provocar que se repongan hasta el infinito . Sin embargo, esta técnica está lejos de ingresar a la clínica: las células sintéticas aún no se han investigado por completo por seguridad, y el costo de llenar solo una bolsa de sangre con estos análogos sigue siendo astronómico.
Por otro lado, la conversión de los tipos de sangre ha sido un trabajo en progreso durante décadas. Esta estrategia es especialmente atractiva porque podría crear más sangre universal y evitar que se desperdicien las donaciones más difíciles de usar.
En 1982, un grupo de investigadores dio los primeros pasos prometedores para convertir artificialmente los tipos de sangre. Utilizando una enzima aislada de granos de café verde sin tostar, eliminaron los antígenos B de los glóbulos rojos, creando efectivamente sangre tipo O que podría transfundirse a pacientes humanos. Pero la enzima del café tenía sus inconvenientes. Por un lado, era quisquilloso, ya que requería un conjunto muy específico de condiciones para funcionar, lo que significaba pasar la sangre por el timbre antes de que pudiera usarse. Incluso cuando la configuración experimental era justa, la enzima era lenta e ineficiente, y los investigadores tuvieron que usar gotas de ella para ver un efecto.
Aún así, el descubrimiento de la enzima del café señaló al resto del mundo que la conversión de sangre era posible y, lo que es más importante, las herramientas necesarias probablemente ya existían en la naturaleza.
A principios de la década de 2000, comenzó a surgir una apreciación por la inmensa diversidad de enzimas en el reino bacteriano, y los investigadores comenzaron a recurrir a los microbios para sus necesidades de corte de azúcar. En 2007, los investigadores informaron del descubrimiento de dos enzimas bacterianas que, en combinación, eran capaces de piratear los azúcares A y B de las células sanguíneas. La enzima que eliminó los antígenos B de la sangre fue mil veces más eficiente que la enzima del café de los 35 años anteriores. Pero la enzima que se dirigió al antígeno A produjo resultados un poco más aleccionadores, requiriendo una dosis demasiado alta de enzima para ser práctica.
Desde entonces, varios equipos de investigadores han intentado aprovechar el poder de los microbios para "endulzar" la sangre. Pero hace unos años, Peter Rahfeld y Stephen Withers, bioquímicos de la Universidad de Columbia Británica, decidieron recurrir a un recurso aún sin explotar: la microbiota intestinal, la comunidad repleta de microbios laboriosos que viven en el intestino humano.
Como resultado, "los microbios intestinales son profesionales en la descomposición de los azúcares", según Katharine Ng, quien estudia el microbioma intestinal en la Universidad de Stanford, pero no participó en este trabajo. Las proteínas azucaradas recubren la pared del intestino, y algunos de estos azúcares elaborados se parecen a los mismos antígenos A y B que se encuentran en las células sanguíneas. Además, muchos microbios intestinales cosechan estos azúcares arrancándolos del revestimiento intestinal.
"Me emocioné cuando descubrí esto: [significaba que podríamos] poder usar microbios para encontrar nuevas [herramientas]", dice Rahfeld. “Todos ya están en nuestras entrañas, esperando ser accedidos. Hay mucho potencial ".
Hasta ahora, la mayor parte de la búsqueda de nuevas máquinas de conversión de sangre ha consistido en probar minuciosamente las enzimas bacterianas conocidas una por una. Muchos miembros de la microbiota intestinal ahora se pueden cultivar en entornos de laboratorio, pero no todos. Para capturar todo el potencial de las enzimas bacterianas en el intestino, Rahfeld y Withers eligieron una técnica llamada metagenómica.
Con la metagenómica, los científicos pueden agrupar una comunidad de microbios, como los de una muestra fecal, y simplemente estudiar el ADN en masa . Incluso si las bacterias no sobreviven bien fuera del cuerpo humano, su ADN es mucho más resistente y aún puede dar a los investigadores una idea de qué enzimas es capaz de producir cada microbio. "[Metagenómica] una forma de obtener una instantánea de todo el ADN [en el intestino humano] en un momento dado", explica Rahfeld.
Después de aislar los genomas bacterianos de las heces humanas, Rahfeld y sus colegas rompieron el ADN en pequeños trozos y los colocaron en E. coli, una cepa común de bacterias que puede manipularse fácilmente para expresar genes extraños, como los que codifican enzimas. Los investigadores probaron alrededor de 20, 000 fragmentos diferentes de material genético contra proxies azucareros simples que imitan los antígenos A y B; Los candidatos que pasaron esta primera ronda de evaluación fueron expuestos a análogos más complicados que se parecían mejor a la sangre humana.
Al final, el equipo se quedó con 11 enzimas posibles que estaban activas contra el antígeno A y una contra el antígeno B, incluida una enzima extraordinariamente prometedora que era 30 veces más efectiva contra el antígeno A que la descubierta en 2007. Alentadoramente, la nueva enzima era un trabajador de bajo mantenimiento, capaz de desempeñarse a una variedad de temperaturas y concentraciones de sal, lo que significa que las células sanguíneas podrían convertirse sin aditivos comprometedores.
Cuando los investigadores probaron su nueva enzima poderosa contra la sangre humana real tipo A, los resultados fueron los mismos, y solo se necesitó una pequeña cantidad de la proteína para limpiar la sangre de los azúcares nocivos. Además, los investigadores estaban encantados de descubrir que podían combinar su nueva enzima, activa contra la sangre tipo A, con enzimas descubiertas previamente que eliminan los antígenos B. Al consolidar décadas de trabajo, el equipo ahora tenía las herramientas para convertir eficientemente la sangre AB, A y B en O universalmente aceptada.
"Funcionó maravillosamente", dice Jay Kizhakkedathu, profesor de química en el Centro de Investigación de la Sangre de la Universidad de Columbia Británica que está colaborando con Rahfeld y Withers en sus estudios.
Los investigadores ahora están probando sus enzimas a mayor escala. En el futuro, Withers planea usar herramientas genéticas para jugar con su nueva enzima para aumentar aún más su poder de recorte. Finalmente, el equipo espera que dicha tecnología de conversión de sangre pueda ser un pilar en los hospitales, donde la necesidad de sangre tipo O siempre es grave.
Incluso con resultados tan prometedores, las enzimas convertidoras de sangre descubiertas hasta ahora son probablemente solo la punta del iceberg, dice Zuri Sullivan, un inmunólogo de la Universidad de Yale que no participó en la investigación. Dada la inmensa diversidad que se encuentra en los microbiomas intestinales de diferentes individuos, la detección de más donantes y otras comunidades bacterianas podría producir resultados aún más emocionantes.
"La premisa aquí es realmente poderosa", dice Sullivan. "Hay un recurso genético sin explotar en los [genes] codificados por el microbioma intestinal".
Por supuesto, la seguridad sigue siendo una preocupación principal en el futuro. Modificar las células humanas, incluso con enzimas naturales, es un negocio complicado. Hasta ahora, informan Rahfeld y Withers, ha sido bastante trivial eliminar las enzimas después del tratamiento, pero los investigadores tendrán que asegurarse de que se eliminen todos los rastros de su enzima antes de que la sangre se transfunda a un paciente enfermo.
Eso se debe en parte a que los antígenos de azúcar aparecen en innumerables células en todo el cuerpo, explica Jemila Caplan Kester, microbióloga del Instituto de Tecnología de Massachusetts. Aunque la enzima en este estudio parece ser bastante precisa para atacar los antígenos A en las células sanguíneas, siempre hay una pequeña posibilidad de que pueda causar algún daño si una pequeña cantidad se deslizara por las grietas. Además, el sistema inmunitario del receptor también podría reaccionar a estas enzimas bacterianas, interpretándolas como señales de un ataque infeccioso. Sin embargo, Kizhakkedathu cree que tal escenario es probablemente improbable, ya que supuestamente nuestros cuerpos ya están expuestos a estas enzimas en el intestino.
"Incluso con todas estas consideraciones, hay más problemas que tal vez [no podemos anticipar]: los veremos cuando realmente analicemos [la sangre en un cuerpo real]", dice Kester. "El cuerpo humano a menudo encuentra formas de hacer que [nuestros experimentos] no funcionen".
Además, la ciencia de la tipificación de la sangre va mucho más allá de los antígenos A y B. Otro desajuste común ocurre cuando se considera el antígeno Rh. La presencia o ausencia de Rh es lo que hace que el tipo de sangre de alguien sea "positivo" o "negativo", respectivamente, y solo la sangre negativa puede ir a receptores positivos y negativos.
Esto significa que, a pesar del poder del sistema de Rahfeld y Withers, no puede generar sangre verdaderamente universal cada vez. Y debido a que el antígeno Rh es en realidad una proteína, no un azúcar, habrá que explorar un conjunto completamente diferente de enzimas para crear el tipo de sangre universal más ampliamente aceptado: O negativo.
Aún así, la técnica del equipo tiene un potencial inmenso, y no solo para la clínica. Según Ng, una mejor comprensión de estas enzimas bacterianas también podría arrojar luz sobre la compleja relación entre los humanos y los microbios que viven dentro de nuestros cuerpos. En verdad, los científicos aún no entienden completamente el propósito detrás de la presencia de estos antígenos en las células sanguíneas, y mucho menos en el revestimiento de nuestros intestinos. Pero las bacterias han estado al tanto de este conocimiento durante milenios, y han evolucionado para aprovecharlas, dice Ng, y aprender más sobre estos microbios podría responder preguntas que los humanos aún no han pensado hacer.
Mientras tanto, Withers simplemente se complace en ver el progreso en cualquier dirección. "Siempre es sorprendente cuando las cosas funcionan bien", reflexiona con una sonrisa. "Te da la esperanza de que hayas dado un gran salto adelante".
