Biohacking

 

Por Miguel Ángel Ruiz

Gracias a la teoría de la evolución de Darwin sabemos que el ser humano es el producto de miles de millones de años de evolución ininterrumpida. Pero, ¿es la evolución un proceso infinito? ¿Puede quedar obsoleta? Las últimas tendencias afirman que podemos tomar el control de nuestros genes y como especie altamente tecnificada empezar a encargarnos de nosotros mismos. ¿Será algo positivo para la humanidad o la apertura de la caja de Pandora? Conozca el biohacking, la disciplina que permite al ser humano, rediseñarse genéticamente a si mismo

La teoría de la evolución publicada en el libro “El origen de la especies” de Charles Darwin en 1859, constituyó un cambio de paradigma y avance importantísimo en la comprensión de la biología. Sin embargo, a pesar de la lejanía en el tiempo en la que se estableció dicha ley por vez primera, la evolución sigue siendo objeto de debates científicos. Recientemente, un estudio del profesor Richard Lenski de la Universidad de Michigan y publicado en la revista Nature trata de dar respuesta a la pregunta de si la evolución deja de producirse una vez que una especie ha alcanzado un nivel determinado de adaptación a su entorno natural. En tal caso, la especie se estancaría, por así decirlo, ya que se encuentra adaptada al medio. Tal sería el caso por ejemplo de las cucarachas, las cuales se creen son aproximadamente iguales desde hace unos 300 millones de años. Es un tiempo evolutivamente inmenso si lo comparamos  el espectacular cambio que han sufrido el ser humano en los últimos 200.000 años.

El estudio de Lenski en Michigan, ha estudiado la evolución de una colonia de bacterias Escherichia Coli a lo largo de 68.000 generaciones (desde 1988 hasta la actualidad) y sostiene que en realidad la evolución nunca se detiene, sin embargo ha observado que a veces se el proceso se ralentiza y otras se producen saltos o hipermutaciones de las que surgen nuevas especies. Los investigadores de la Universidad de Michigan creen que este proceso también se produce también en el ser humano.

Entonces, cabría preguntarse, si el ser humano está completamente adaptado a su entorno (aunque más correcto sería decir que ha adaptado el entorno a sí mismo) y por otro lado, si estamos a las puertas de una hipermutación humana. En este artículo vamos a explorar la hipótesis de que esa hipermutación humana, no fuese biológica sino tecnológica, es decir, no se produjese por acción natural sino gracias a nuevas y sofisticadas técnicas fruto del avance del conocimiento humano.

 

Que es CRISPR y cómo funciona

La ingeniería genética acumula ya varias décadas de investigación con enormes resultados positivos. Atrás van quedando técnicas incluso ya clásicas como la manipulación in vitro, la recombinación del ADN o su secuenciación tan importante para obtener el mapa completo del genoma humano obtenido en 2003 por el Proyecto Genoma Humano. Últimamente se trabaja con técnicas más modernas para cortar y seleccionar ADN como la técnica de las nucleasas de dedos de zinc (ZFN) y las nucleasas de activadores de transcripción (TALEN).

Pero incluso estas innovaciones están quedando obsoletas. Actualmente existe una técnica de edición genética llamada CRISPR, acrónimo que responde a “Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente Interespaciadas” y que supone toda una revolución. Sus inicios datan de 1987, con las aportaciones de unos científicos japoneses y más tarde en 1990 con los trabajos de Francisco JM Mojica de la Universidad de Alicante. La técnica no se ha dejado de perfeccionar hasta culminar con el otorgamiento a las investigadoras Emmanuelle Charpentier y Jennifer Doudna del premio Princesa de Asturias de Investigación 2015. El premio se otorga “por el desarrollo de una técnica de edición genómica que permite corregir genes defectuosos con un nivel de precisión sin precedentes y de forma muy económica”.

CRISPR se basa en el conocimiento de la estructura interna del ADN. Existen pequeñas porciones (llamadas secuencias) de ADN que se repiten sin que parezcan tener un sentido definido. Estas repeticiones se encuentran presentes en todos los organismos existentes en la naturaleza incluidos virus y bacterias, y son secuencias iguales o muy parecidas. Pero además, estas secuencias son cortas y no codifican proteínas, las cuales las hace perfectas como puntos de corte y unión. Esas pequeñas secuencias son los CRISPR propiamente dichas y gracias a ellas, el ADN puede cortarse y cambiarse de forma natural introduciendo lo que se llaman espaciadores de ADN. De hecho, se han detectado cadenas de virus en el ADN humano, y los investigadores han visto que esta es la forma que tiene el organismo de recordar los virus. Entonces, podemos considerar el CRISPR como unas pequeñas tijeras moleculares capaces de cortar cualquier secuencia de ADN específica y/o insertarla otro ADN con cambios en el genoma original. Otras técnicas pasadas hacían lo mismo pero sin la precisión de CRISPR y con el problema añadido de que podían contaminar o corromper el ADN original.

Por otra parte, CRISPR, se complementa con una variación de la técnica mediante una proteína llamada Cas9. Este es el descubrimiento Charpentier y Doudna y permite simplificar la técnica a la cual se ha denominado CRISPR-CAS9. La técnica se ha obtenido tratando de imitar a los procesos naturales de copia y trasferencia de ADN que usan virus y bacterias. Por tanto, imitando y dirigiendo tecnológicamente ese proceso, podemos escribir el código genético a voluntad. Y eso es lo importante de estos logros, que ya se puede cambiar o “hackear” el código genético de cualquier célula, incluidas las humanas.  Es como cambiar el código fuente de la vida, aquello que ha llevado miles de millones de años de selección natural genética descubierta por Darwin puede ser escrito ahora en el laboratorio en cuestión de minutos.  Por ejemplo, CRISPR permite activar o silenciar ciertos genes a voluntad. Ya se ha probado con en distintos organismos, como la levadura del pan, el pez cebra o la mosca de la fruta, y hasta ratones.

Virus informáticos en el ADN

Una vez dominada la técnica de la edición de ADN, se podrían  dar otros usos a esta más allá de los puramente biológicos. Cuando hablamos de virus y ADN, probablemente estemos refiriéndonos a virus como agente biológico capaz de replicar el ADN de su genoma gracias a las baterías y células que infectan. Sin embargo, un grupo de investigadores de la Universidad de Washington, han dado un giro completo a este concepto.  Estos científicos, por primera vez en la historia, han codificado un virus informático, es decir un software malicioso, en las hebras de un ADN biológico.

Evidentemente, este virus no tiene el peligro real que supone un virus orgánico como el virus del SIDA, el ébola o el zika, ya que realmente simplemente se trata de ¡datos informáticos! Datos que solo serían peligrosos si se pudiesen ejecutar en un computador. Visto en este sentido, el ADN, realmente se convierte en un medio de almacenamiento de datos, como puede ser una unidad de USB, DVD o de disco duro. La intención de los investigadores, no pasa tanto por hacer algo que sea peligroso para la biología,  sino convertir a estructuras orgánicas como pueda ser el cuerpo humano en gigantescos sistemas de almacenamiento de datos. ¡Podríamos tener el quijote escrito en el ADN de nuestras células! Pero lo que no hay que olvidar, es que una célula de un organismo va a tratar de reproducirse mediante el ADN escrito por científicos y esto abre la puerta a una pléyade de posibilidades a cual más fantástica y desconcertante.

Realmente, la codificación de un virus informático en el ADN no pasa de ser una anécdota, una excentricidad típica de los investigadores que han querido alterar un orden lógico al jugar con los conceptos de virus de datos y virus orgánico. Lo importante, es que ha abierto la puerta al “hacking biológico”. Un hacker vendría a ser alguien capaz de alterar el código fuente (las instrucciones que componen un programa de ordenador). Gracias a ello, un hacker puede dotar de nuevas funcionalidades a un programa, por ejemplo que autorice acceso a zonas prohibidas por los programadores o que conceda privilegios en el sistema que no tiene el usuario común. El hacking biológico, permite entonces hacer lo mismo, cambiar, modificar, dotar de nuevas funcionalidad, transformar la biología y lo hace con aquella estructura que puede considerarse el código fuente de la biología: el ADN.

Computación biológica: Programar nuestro código genético

Cambiar el código genético humano y de otros organismos, exigen algo más que saber insertar o codificar datos en el ADN. Se necesita saber cuáles son las reglas esenciales de la vida y y sus elementos esenciales (péptidos, aminoácidos, nucleótidos, etc.) y como se ha de insertar el ADN en un microorganismo para que pueda ser replicado por la vida en movimiento. No basta solamente con conocer la técnica de la edición del ADN a partir de su estructura interna, es necesario conocer más profundamente que hace cada gen, que proteínas tiene asociadas y como se relaciona con el resto de la estructura.

En este sentido, los científicos están reinventando la informática. Están creando nuevos lenguajes de programación, que de manera similar a los que ahora se usan para escribir nuevas aplicaciones de ordenador y que sean ejecutados e interpretados por estos. Ha nacido la bioinformática: estamos creando lenguajes de programación biológicos que puedan traducir intenciones humanas a código genético.

Básicamente un lenguaje de programación, ya sea C, Pascal, Basic, Java, Perl o Python, lo que hacen es pasar de un lenguaje estructurado pero entendible por un humano a lenguaje entendible por máquinas que está formado por ceros y unos. Así, con análoga función existen lenguajes como BioPerl, BioJava o BioPython. Así se abre un nuevo y vasto campo por explorar que se denomina bioinformática, biología computacional o genética computacional.

Por tanto, la tarea de lenguajes de bioprogramación, sería traducir palabras humanas a secuencias de ADN (formadas por pares de adenina-citosina y guanina-timina). Para lograr esto, los biolenguajes de programación necesitan tener librerías o diccionarios de secuencias de nucleótidos y péptidos, ser capaces de contar con instrucciones para manipular ADN, buscar secuencias similares de ADN en las bases de datos de genomas de organismos, o ser capaces de buscar genes, aminoácidos o proteínas en diccionarios. El resultado de compilar un biocódigo fuente escrito en BioJava por ejemplo, sería una estructura de ADN definida de manera informática. El último paso sería insertar en un virus o bacteria vivo ese ADN de origen informático (pero trasladado a una secuencia de ADN real) lo que se traduciría en que daríamos vida a un programa informático en un microorganismo. El resultado de esa vida, sería un ser vivo totalmente de diseño humano.

Y en esos diseños entra todo, todo lo que la biología nos permita hacer. Podrían ser microorganismos que sinteticen petróleo o que devoren plástico, podrían ser virus letales pensados como armas o virus específicos diseñados para atacar plagas vegetales o animales. Pero también podría ser en un futuro, cuando la técnica se vaya asentando y ampliando el rediseño integral del ser humano.

Frankenstein biodiseñado

Los biolenguajes de programación junto con el gran diccionario que constituyó el Proyecto Genoma Humano, constituye todo un arsenal capaz de cambiar al ser humano y por ende, al mundo. Así, teniendo acceso a los 25.000 genes distintos que componen el genoma humano y contando con el código genético base de una persona concreta, nos podemos embarcar en un biodiseño personalizado. La información genética de una persona es única entre el conjunto de toda la humanidad, a excepción de los gemelos idénticos y en el caso de los clones. Técnicamente a partir del ADN de una persona podríamos cambiar determinados genes a voluntad, por ejemplo podríamos cambiar el color de sus ojos a azul, rasgos de altura, morfología, musculatura, color de piel y cabello, etc. No se cambian los rasgos de una persona ya viva, sino del ADN modificado que mediante fecundación in vitro podríamos engendrar un ser de diseño.

Sin embargo existen muchos riesgos. En muchos casos, los genes no repercuten en una sola cosa, y muchas enfermedades no se entienden bien todavía mediante que genes concretos vienen expresadas. En lenguaje científico, lo que un investigador o alguien que quiera rediseñar el ser humano, lo que va a buscar son fenotipos, es decir, rasgos observables que son los elementos que queremos cambiar, como forma, color, estructura, cosas como anchura de brazos, longitud de extremidades, etc. Un fenotipo vendría condicionado por un genotipo, es decir, los genes que expresas esas propiedades, ya sean físicas o conductuales. Sin embargo el  problema es que no todos los genes (genotipo de una persona) se expresan, pueden expresarse o no, y por otro lado, no siempre hay una correlación directa. Es decir, no porque se inserte el gen de los ojos verdes, nuestro prototipo biológico va a tener ojos verdes necesariamente, es algo más complicado.

Existen estudios de asociación, que mediante diseños experimentales se obtienen relaciones estadísticas para relacionar genotipos con los fenotipos observados, esto es, genes con rasgos concretos. Así técnicamente podríamos obtener individuos con distintos grados de probabilidad de lograr el ser que queramos diseñar en laboratorio mediante un lenguaje de programación.

Si rescatamos el viejo mito de Frankenstein, como criatura creada y diseñada por el hombre, en el cual la bioinformática genética tiene un grandísimo paralelismo, podríamos encontrar que no es tan sencillo diseñar un ser humano a voluntad y que probablemente estemos induciendo patologías y factores de riesgo asociados con enfermedades aún no comprendidas completamente.

Pero si estos riesgos son los riesgos reales únicamente contando con el diccionario del genoma humano, ¿Qué pasaría si introducimos genes de otros organismos animales para diseñar un ser diferente? ¿Qué pasa si mezclamos genes humanos con los de un gorila para obtener fuerza sobre humana? ¿O intentamos replicar branquias en humanos u otro buen número de cualidades asombrosas? Este tipo de aberraciones no naturales, ya se conocen desde hace tiempo en biología y se consiguieron mediantes técnicas transgénicas más rudimentarias. Por ejemplo, los famosos tomates azules transgénicos que actúan como vacunas, sandías sin pepitas (obtenidas por crianza selectiva), semillas estériles terminator, arroz dorado que produce vitamina A, o casos más curiosos como ovejas que son un 15% humanas y que se espera que se usen para trasplantes de órganos con humanos, vacas que producen insulina, peces que brillan en la oscuridad porque tienen genes de medusa, ranas translúcidas creadas para poder estudiar el efecto de determinados compuestos químicas en sus cuerpos o finalmente primates que incorporan genes de medusa que brillan ante luz ultravioleta y que sirven para poder ver mejor determinados tejidos del mono al microscopio.

¿Qué pasará cuando determinados experimentos genéticos quieran ya hacerse en seres humanos y no en animales?

 

Ética biogenética

Paralelamente a la evolución de la biotecnología se ha ido produciendo un debate sobre los límites éticos de esta. Por ejemplo, hace dos décadas, se creó el primer animal transgénico, un ratón al que se le incorporó genes humanos para que fuese gigante.  Hasta ahora, la creación de animales transgénicos era permitida por a las autoridades, sin embargo estaba prohibido su consumo en humanos. Sin embargo en 2015, la Administración de Alimentos y Medicamos (FDA) de Estados Unidos, aprobó por primera vez un salmón modificado genéticamente para apto para consumo humano. El gen introducido permite que los salmones crezcan al doble de velocidad favoreciendo así económicamente su cría. La aprobación de este salmón supone un gran hito, porque estaba prevista para 2010 y desde entonces estaba siendo retrasado por las protestas de las organizaciones anti-transgénicos. ¿Cuál es el futuro de la biotecnología? ¿Seguiremos asistiendo como espectadores a ver como se derrumban todas las prohibiciones?

En septiembre de 2017, por primera vez, un estudio ha utilizado la tecnología CRISPR se ha usado en la edición de embriones humanos. El objeto de este estudio, llevado a cabo por el Instituto Crick de Londres, es evaluar la función de genes concretos y no corregir mutaciones responsables de diferentes enfermedades como se ha hecho hasta ahora. Hasta la fecha se habían hecho estudios similares en mamíferos y otros animales, pero aún está por ver que esos resultados sean totalmente extrapolables a los humanos.

La duda es si estos y otros avances se concretarán en producir humanos transgénicos. Hasta la fecha, saber si un embrión humano tiene los genes que le permitirán desarrollar ciertas enfermedades es relativamente sencillo. Pero qué pasará cuando queramos llegar más lejos: eliminar genes asociados a la obesidad o queramos implantar por ejemplo los 52 genes vinculados a la inteligencia. La tentación es enorme, producir médicamente seres humanos más inteligentes, es muy previsible que exista un mercado para ello dispuesto a pagar miles de euros. Pero, ¿cómo llevamos a cabo las primeras pruebas? Se necesitaran al menos algunos años para saber con total certeza que un niño o niña es superdotado, pero ¿y qué pasa con los riesgos de introducir malformaciones, enfermedades u otro tipo de deficiencias? Un estudio así, para que sea científico y tenga suficiente base estadística necesitará de cientos de embriones con diferentes configuraciones genéticas para dar con la configuración más estable. No sólo hablamos de abortar todos esos embriones, sino también, del peligro de que estas técnicas, como suele pasar, se liberen al mercado antes de tiempo, con el peligro que ello conlleva de efectos secundarios. Por ejemplo, podríamos estar condenando a niños al autismo por estar forzando una genética de superdotados.

Por otra parte corremos el riesgo de crear seres mucho más frágiles de lo que somos en la actualidad. Un estudio afirma que un 8% del genoma humano no proviene de nuestros ancestros, sino que tiene un origen vírico. Es decir, parte de nuestro ADN, está copiado o incorporado de virus a los que hemos sido expuestos y que han contribuido a que seamos inmunes a ellos. Los peligros de trastear con el genoma humano son evidentes, pero también lo es su poder y las grandes tentaciones que hay en embarcarse en investigaciones secretas, no aprobadas por autoridades competentes, para hacer experimentos secretos a gran escala y avanzar en este campo. Probablemente, ciencia ficción hecha realidad. ¿Habrá en algún lugar secreto en el mundo lleno de humanos-monstruos, fruto ineludible de un proceso de aprendizaje de edición genética? ¿Existirán humanos transgénicos para propósitos médicos como las ranas transparentes o los monos con tejido fluorescente para investigación médica? ¿Existirán humanos propiedad de multinacionales con el objeto de entender la genética más allá de lo que hasta ahora es conocido como natural?

 

Darwinismo social de laboratorio

Incluso si todo el proceso de investigación genética es un éxito y se pone a la venta la capacidad del alterar el genoma de nuestros hijos, aún así estaremos incurriendo en graves riesgos y es previsible que la sociedad acabe viéndose claramente alterada. Rescatemos el concepto de darwinismo social de finales del siglo XIX. Tal teoría propone llevar a la sociedad, el concepto de selección natural por la cual, mediante competición, los más aptos no solo sobreviven sino que tienden a liderar la sociedad. Esta teoría que se probó ser una falsedad científica y que propugnaba la idea de que los ricos y las élites lo eran, no tanto por herencia sino por ser los más adaptados y mejores y por tanto regían la sociedad.

Sin embargo, una tecnología presumiblemente cara y reservada a los más pudientes en primera instancia, podría de alguna manera escindir la especie humana al estilo del darwinismo social.  ¿Podría crear el capital super-razas de hombres ricos que fuesen todos superdotados intelectualmente y con una inmejorable constitución física? ¿Sería la edición genética quien siente las bases de un racismo supremacista no solo ideológico sino biológicamente real?

Será entonces muy probable que la mejora transgénica de los humanos, y además no por si sola, sino también acompañada de otros cambios como la mejora transhumanista que promueve la convergencia entre lo tecnológico y lo biológico, entre ambas, consigan escindir a los ricos como especie separada y superior de los humanos tal y como les conocemos.

Estamos compuestos de datos

Desde la perspectiva que nos aporta la ingeniería genética y la convergencia hacía la computación que proporciona el punto de vista del biohacking,  lo cierto es que podemos considerarnos a nosotros mismos como estructuras biológicas portadores de datos informáticos. Por ejemplo sabemos que el ADN se construye mediante la combinación de los 4 nucleótidos (adenina, citosina, guanina y timina), considerados así, los nucleótidos serían un código cuaternario parecido al código binario que sustenta la computación moderna. Sabemos que el ADN se estructura en genes, de tal forma que por ejemplo, el genoma humano tiene entre 27.000 genes lo que se traduce en 2.9 Gigabits.

En este sentido, podríamos considerar que cada especie es un programa informático, una aplicación con distinto peso. Por ejemplo, la famosa bacteria Escherichia Coli tiene 4400 genes y por tanto 4.6 megabits, la mosca de la fruta (drosófila melanomaster) tiene 13.700 genes que “ocupan” 180 megabits. Así mismo, el arroz pesa 466 Mb y un ratón 2.44 gigas de información.

Como dato curioso a destacar que un solo espermatozoide almacena 37.5 Mb de información. Considerando que un mililitro de esperma puede albergar unos 100 millones de espermatozoides, una eyaculación media, (2.5 ml) puede contener del orden de 8.5 Terabytes de información. Sí consideramos además que la eyaculación humana puede durar unos 5 segundos, entonces obtenemos una tasa de transferencia de 1.68 Terabytes/segundo que, ¡es una de las mayores tasas de descarga de datos que conoce actualmente la humanidad!

Biohacking “halzo tu mismo”

La era Internet y el fácil acceso a todo tipo de información ha popularizado enormemente lo que los anglosajones llaman DIY (Do It Yourself) o “Hazlo Tu Mismo”. Normalmente DIY se dedica a cosas como la cocina, el bricolaje, la agricultura urbana e incluso la construcción. Sin embargo, desde hace unos años, en Internet puede encontrarse  una variante algo más siniestra que las anteriores y consiste en la modificación corporal o genética de las personas que la practican. Es un DIY biohacking, con recetas y métodos para modificarnos a nosotros mismos. Un ejemplo de estas páginas es el portal: https://diybio.org/ o también http://diy-bio.com/

En DIYBIO puedes encontrar grupos locales por todo el mundo para unirte a otros “biólogos DIY”, iniciar tu propio biolaboratorio o unirte y comentar sobre proyectos diybio. El espíritu de estos grupos, es replicar la revolución que se inició en la computación en los años 80, por ejemplo con Steve Jobs y Stephen Wozniak cuando montaron Apple en un garaje. La idea es hacer lo mismo con mismo con la biotecnología, acercar la ciencia a los ciudadanos y hacer que deje de ser una materia sólo en mano de corporaciones, especialmente en un mundo donde  una persona puede obtener su propio genoma personalizado por apenas 1000 euros. El biohacking quiere por lo pronto, realizar estudios y experimentos a pequeña escala. Por ahora, bacterias modificadas para producir proteína, aprender a extraer ADN, etc. El objetivo inmediato es abrir la biotecnología al gran público, el objetivo a largo plazo, convertirnos en dioses.

¿Lo sabías? Stelarc es un artista australiano y director de ANL (Laboratorios de Anatomías Alternativas). Stelarc es famoso, entre otras cosas, porque ha decidido hacerse crecer una tercera oreja en su brazo izquierdo. Stelarc no cree que la anatomía deba ser algo únicamente prefijado por la naturaleza. La propuesta de Stelarc es dotar a esa oreja de un lóbulo externo mediante células madre implantadas que, con un micrófono conectado a internet, todo el mundo pueda oír lo que su tercera oreja oye. Para él, esto es una forma nueva de arte.