Futuro y Vida: Claves de la Biología Sintética con Marc Güell 

En el marco del lanzamiento del informe Neurotecnología para el bienestar humano, desde la Fundación Innovación Bankinter seguimos con la labor divulgativa a través de un nuevo webinar. El informe es el fruto de la reunión de nuestro think tank Future Trends Forum, donde convocamos a más de 40 expertos de renombre internacional para dialogar sobre la reparación y mejora de las capacidades humanas mediante la neurotecnología y otras aplicaciones innovadoras, y analizar las oportunidades y los riesgos que se presentan. 

En este nuevo webinar, Futuro y Vida: Claves de la Biología Sintética, hemos contado con el experto Marc Güell, que nos ayuda a explorar cómo la biología sintética está marcando un nuevo capítulo en ciencia y tecnología. Este campo nos ofrece las herramientas para hacer ingeniería con el ‘hardware’ más sofisticado: los componentes con vida, abriendo nuevas posibilidades en biomedicina, materiales avanzados y procesos industriales. Marc Güell nos ha contado cómo la ingeniería de genomas y metagenomas está trabajando en mejorar la salud y cómo la sinergia con la inteligencia artificial nos encamina hacia el biodiseño sintético. En definitiva, Marc nos descubre cómo esta ciencia puede forjar un futuro más saludable y sostenible. 

Marc Güell es un visionario en biología sintética, un destacado científico y profesor de investigación ICREA en la Universidad Pompeu-Fabra. Obtuvo su licenciatura en química y otra en ingeniería de telecomunicaciones, seguidas de un doctorado en el Laboratorio Europeo de Biología Molecular y en el Centro de Regulación Genómica. Posteriormente inició su investigación postdoctoral en el Wyss Institute de la Universidad de Harvard. Reconocido mundialmente, Marc ha sido laureado con el Premio Nacional de Investigación al Joven Talento, entre otros prestigiosos reconocimientos. La investigación de Marc se centra en la edición de genes y la biología sintética, con aplicaciones en terapia génica y la ingeniería del microbioma de la piel humana, buscando avanzar en el potencial de la biología para enfrentar los grandes retos de nuestro tiempo, incluidos la salud humana y la del planeta. 

Aquí puedes ver el webinar con Marc Güell: 

Futuro y Vida: Claves de la Biología Sintética con Marc Güell 

A continuación, resumimos las ideas clave y descubrimientos que ha compartido Marc Güell durante este webinar: 

Avances en biología sintética: una nueva era de innovación 

La biología sintética se encuentra en un momento sin precedentes de avances y promesas. Una de las primeras áreas de enfoque para Güell es la precisión inherente a la biología. A nivel molecular, nada se asemeja a la complejidad y la capacidad de las máquinas moleculares naturales. Güell destaca la enzima CRISPR-Cas9 como un ejemplo emblemático, capaz de cortar el ADN con una precisión que ninguna herramienta de ingeniería puede igualar. Esta capacidad de realizar modificaciones a una escala subnanométrica es fundamental para entender por qué la biología ofrece soluciones sin precedentes tanto en medicina como en aplicaciones industriales, desde terapias hasta la producción de alimentos. 

Además, la sofisticación de los sistemas vivos, con ejemplos tan variados como animales que resisten la radiación cósmica o que no envejecen, presenta un enorme potencial aún por explorar. Güell ve en estas capacidades únicas una fuente inagotable de inspiración para soluciones innovadoras que, además, se alinean con una filosofía de sostenibilidad. La biología, por definición renovable y cíclica, ofrece un paradigma para la creación y manufactura que es radicalmente diferente al de los procesos industriales tradicionales. 

La revolución de leer y escribir ADN 

El núcleo de la revolución en biología sintética, según Güell, es nuestra capacidad recién adquirida para leer y escribir ADN —la «Read and Write Revolution«. Esta capacidad transformadora ha reducido el coste y aumentado la accesibilidad de la secuenciación genética, lo que a su vez ha impulsado la comprensión y el diseño de la vida a niveles sin precedentes. El Proyecto Genoma Humano, por ejemplo, costó millones de euros y tardó años en completarse. Ahora, un genoma humano se puede secuenciar por una fracción de ese coste, abriendo la puerta a avances en personalización médica, agricultura y más. Más allá de la secuenciación, la capacidad para editar y escribir ADN, especialmente a través de herramientas como CRISPR y otras tecnologías asociadas, ha marcado el inicio de una era donde la modificación precisa del ADN es una realidad cotidiana. Este avance ha profundizado nuestra comprensión de los sistemas vivos y ha permitido comenzar a modificar la vida de maneras que antes eran inimaginables. 

 La inteligencia artificial como catalizador 

Para Güell, un punto de inflexión incluso mayor que CRISPR ha sido la integración de la biología sintética con la inteligencia artificial (IA). Este nuevo horizonte está permitiendo superar las limitaciones previas de trabajar con la complejidad de la vida. Herramientas como ProtGPT2, que «hablan proteína», están abriendo posibilidades para diseñar proteínas sintéticas, una capacidad que marca un antes y un después en la biología sintética. En palabras de Güell, la combinación de biología sintética e IA está transformando a los biólogos sintéticos de «impostores» que adaptan lo que encuentran en la naturaleza, a innovadores capaces de crear soluciones genuinamente nuevas. Este cambio promete avanzar en la medicina y en la sostenibilidad ambiental y en la forma en que entendemos y utilizamos el lenguaje de la vida: el ADN. 

La convergencia entre biología y tecnología: visión y potencial 

Marc Güell cita una frase de Steve Jobs que resuena profundamente con su trabajo: «Si algo interesante va a pasar en este siglo, va a ser probablemente la intersección entre biología y tecnología». Esta visión encapsula la transformación radical que hemos experimentado en las últimas décadas, donde los avances tecnológicos han permitido explorar y manipular la vida a niveles previamente inimaginables. Güell subraya cómo esta fusión no solo promete avances en medicina y nuevas soluciones industriales, sino que también representa una oportunidad única para desarrollar prácticas sostenibles alineadas con los Objetivos de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas. 

Impacto económico y sostenibilidad 

El impacto de la biología sintética se extiende más allá de la ciencia, teniendo un potencial económico masivo. Un informe de McKinsey proyecta una «bioeconomía» de trillones de dólares, expandiéndose hacia áreas no tradicionales como la producción de alimentos y materiales sostenibles. Ejemplos notables incluyen el uso de micelio para crear packaging biodegradables, el uso de microorganismos para crear nylon o el desarrollo de cuero a partir de levaduras, como lo demuestra la innovación de la empresa Modern Meadow. Otro ejemplo importante a nivel de la alimentación son las nuevas fuentes de vegan meat, usando un modelo de levadura al que le han puesto un gen extra que le aporta sabor a la carne. Estas aplicaciones ofrecen alternativas ecológicas a los productos derivados del petróleo y promueven un enfoque de producción más respetuoso con los animales y el medio ambiente. 

Marc Güell destaca la transformación de ideas innovadoras en empresas de biotecnología de éxito, como Ginkgo Bioworks, reflejando el potencial económico y el crecimiento del sector. No es casualidad que varios de los países líderes del mundo están apostando muchísimo para este sector. El año 2022 Estados Unidos anunció un paquete de 2.000 millones para la bioeconomía. El año pasado, finales del año pasado, fue el gobierno del Reino Unido el que anunció un gran paquete para promover la fabricación con biología. 

Desafíos y consideraciones éticas 

Sin embargo, las grandes oportunidades vienen acompañadas por grandes responsabilidades. Güell advierte sobre los posibles riesgos asociados con la biología sintética y la inteligencia artificial, incluyendo el mal uso potencial en la síntesis de proteínas y la asistencia en protocolos de bioterrorismo. Resalta la necesidad de un marco regulatorio y ético sólido para asegurar que el avance de estas tecnologías se realice de manera responsable y segura. La implementación de controles en la síntesis de genes y la atención a las implicaciones de modelos de lenguaje abierto son pasos cruciales para mitigar estos riesgos y es un tema del que se habla las últimas semanas en los medios de comunicación. 

Aplicaciones concretas de la biología sintética en la medicina moderna 

Marc Güell nos lleva más allá de la teoría para sumergirnos en aplicaciones concretas de esta disciplina revolucionaria. Su trabajo, que abarca desde la edición de genomas hasta la creación de terapias innovadoras, demuestra el potencial transformador de la biología sintética en la biomedicina. Marc resalta la importancia de CRISPR, una tecnología que ha inaugurado una nueva era en la biomedicina, permitiendo una edición genética precisa y eficaz. Esta herramienta, galardonada con el Premio Nobel en 2020, ha revolucionado nuestra capacidad para intervenir en el genoma humano, abriendo el camino hacia tratamientos personalizados para una amplia gama de enfermedades, incluyendo cánceres y trastornos genéticos. 

De la investigación a la aplicación clínica 

La implementación de CRISPR en la investigación científica ha mostrado un crecimiento exponencial, reflejado en el aumento de publicaciones científicas y ensayos clínicos. Marc subraya cómo esta capacidad ampliada para manipular el genoma humano está impulsando el avance de la investigación y ya está empezando a traducirse en aplicaciones clínicas reales. La primera terapia basada en CRISPR, dirigida a tratar hemoglobinopatías como la anemia falciforme y la beta talasemia, marca solo el comienzo de lo que es posible. 

CRISPR 2.0 y más allá: Explorando la evolución de la tecnología CRISPR, Marc introduce el concepto de CRISPR 2.0, que va más allá de simples cortes en el ADN para permitir ediciones más sofisticadas y precisas. Esto abre muchas puertas para corregir mutaciones en enfermedades o hacer intervenciones terapéuticas. Ejemplifica su aplicación en terapias avanzadas, como el tratamiento personalizado de una joven con leucemia avanzada, donde se combinaron modificaciones genéticas múltiples para reprogramar su sistema inmunitario. Este enfoque, que combina la edición genética con terapias dirigidas, señala un futuro en el que las terapias pueden ser profundamente personalizadas y más efectivas. 

Contribuciones desde la Universidad Pompeu-Fabra: Además, Marc detalla su contribución al desarrollo de la tecnología CRISPR 2.0 a través de su trabajo en la Universidad Pompeu-Fabra y la colaboración con la empresa Integra Therapeutics. Su innovación, denominada FICAT, ilustra cómo la biología sintética puede ser utilizada para insertar genes de manera precisa y estable en el genoma, abriendo nuevas posibilidades para la terapia génica. Esto se ha licenciado la empresa Integra Therapeutics, que tiene varios programas, tanto ex vivo, para células T, como también en vivo, para intentar desarrollar terapias basadas en esta tecnología CRISPR 2.0. 

La búsqueda de mejoras a través de la evolución dirigida con IA: Marc enfatiza la importancia de la mejora continua de estas tecnologías a través de métodos como la evolución dirigida mediante inteligencia artificial (IA). Estos enfoques perfeccionan las herramientas existentes y permiten explorar la naturaleza en busca de sistemas biológicos aún no descubiertos que podrían ofrecer nuevas funcionalidades. 

Y todavía tenemos un CRISPR 3.0, que nos permite, por ejemplo, la edición del epigenoma. En este caso ya no usar CRISPR para modificar las letras de nuestro genoma, sino directamente para poner genes en marcha o pararlos. Sabemos que todas las células de nuestro cuerpo tienen el mismo ADN -la piel, neuronas, absolutamente todas, excepto las inmunes-, pero sin embargo son distintas. La piel expresa distintos genes que, por ejemplo, el corazón, y esto es debido a la epigenética. Con CRISPR también se puede crear un modulador epigenético, para que ponga algún tipo de marca epigenética en zonas del genoma y así puedes activarlo o desactivarlo. Sobre esto ha habido una demostración recientemente muy interesante por un equipo de Italia. En este caso, se ha hecho con una tecnología parecida a CRISPR que se llama zinc-finger, para tratar los niveles de colesterol con esta intervención epigenética. 

Reflexiones éticas y el futuro de la edición genómica: Finalmente, Marc reflexiona sobre las implicaciones éticas de la biología sintética y la edición genómica, destacando la necesidad de un debate social sobre sus aplicaciones, especialmente en áreas como la mejora genética y la edición de la línea germinal. Aunque la tecnología abre un abanico de posibilidades para mejorar la salud humana, también plantea preguntas importantes sobre cómo y cuándo debería ser utilizada. Con CRISPR se están empezando a tratar enfermedades como el cáncer y algunas enfermedades raras: podemos romper, podemos reparar, podemos escribir genes, pero también necesitamos hacer un debate social de dónde queremos llevar todo eso, porque como cualquier gran tecnología, nos abre muchos horizontes y entre todos tenemos también que trabajar la parte ética. 

Biología sintética y microbioma 

Marc Güell nos introduce al fascinante mundo del microbioma, un componente crítico de nuestra fisiología que comprende tanto los genomas de nuestras células humanas como los de una diversidad de bacterias que residen en nuestro cuerpo. Estos microorganismos juegan roles cruciales en nuestra salud, habitando en lugares como el intestino, la vagina y la piel. La relevancia del microbioma intestinal, vaginal y cutáneo es bien conocida por su importancia en el mantenimiento de la salud humana. 

Ingeniería del microbioma para salud y bienestar 

Desde la Universidad Pompeu Fabra, Güell y su equipo han adoptado un enfoque innovador hacia estas bacterias, tratándolas como máquinas moleculares sofisticadas capaces de realizar funciones complejas gracias a sus miles de genes. Más allá de estudiar sus roles naturales, Güell se centra en cómo podemos aprovechar estas bacterias para desarrollar nuevos tratamientos para enfermedades o implementar funciones específicas beneficiosas para la salud humana. 

Un ejemplo destacado de este trabajo es el estudio del cutibacterium acnes, la bacteria más abundante en la piel humana, que reside principalmente en las glándulas sebáceas. Este microorganismo se queda en la piel después de ser aplicado, y puede ser modificado para realizar tareas específicas. En colaboración con S-Biomedic, un proyecto probó con éxito la modificación de la composición bacteriana de la piel en humanos, demostrando una aplicación potencial para el tratamiento del acné mediante el ajuste de las variantes bacterianas hacia un perfil más beneficioso para la salud de la piel. 

Avances y aplicaciones futuras en el microbioma 

Este trabajo inicial con S-Biomedic, que llevó a la empresa a realizar varios ensayos clínicos sobre el acné es solo el comienzo. Güell aspira a utilizar el cutibacterium acnes como un «robot» en la piel, capaz de llevar a cabo una variedad de tareas gracias a la adición de circuitos genéticos diseñados. Entre las aplicaciones exploradas se encuentra la regulación de la producción de sebo para combatir el acné de una manera similar al medicamento Accutane, pero sin sus efectos secundarios tóxicos, gracias a la ingeniería bacteriana. 

Además, el equipo de Güell está trabajando en bacterias programadas para proteger la piel de la radiación y la inflamación, con el objetivo de expandir el rango de propiedades útiles que estas bacterias modificadas podrían tener. Todos estos proyectos se realizan bajo un marco regulatorio adecuado, con ensayos en ratones como paso previo a las pruebas en humanos. 

Hacia una medicina inteligente 

El futuro de esta investigación apunta hacia lo que Güell denomina «Medicina Inteligente», donde bacterias equipadas con sensores genéticos podrían además de actuar en respuesta a las necesidades del cuerpo humano, detectar y reaccionar ante factores externos, como la contaminación atmosférica. Este enfoque multidisciplinario, que combina la biología sintética con la ingeniería genética y la medicina personalizada, promete abrir nuevas vías para el tratamiento de condiciones como la dermatitis atópica, adaptándose a las señales del cuerpo para proporcionar terapias precisas y efectivas. Esto es lo que ahora mismo están trabajamos en un proyecto multidisciplinar con varios equipos alrededor de Europa. 

Avances en xenotransplantes 

Marc Güell comparte una pasión que ha marcado tanto su trabajo pasado como sus intereses actuales: el campo del xenotransplante. Marc ha mantenido una conexión significativa con el mundo del trasplante, un área que considera como una de las aplicaciones más sofisticadas de la biología sintética en la actualidad. 

La crisis de la donación de órganos 

El problema central que impulsa el interés de Marc en el xenotransplante es la crisis de la donación de órganos. Con un número creciente de pacientes que esperan un trasplante y una oferta limitada de órganos disponibles, la necesidad de encontrar soluciones alternativas es más urgente que nunca. Esta escasez de órganos se ha visto exacerbada por factores como el aumento de la esperanza de vida y la reducción de accidentes de tráfico, lo que limita aún más la disponibilidad de órganos donados. 

El renacimiento del xenotransplante 

Marc argumenta que el xenotransplante, el proceso de trasplantar órganos de una especie a otra, ha experimentado un renacimiento en los últimos años, impulsado en gran parte por los avances en biología sintética. Ha dedicado una parte significativa de su carrera, especialmente durante su tiempo en Boston, a superar los desafíos asociados con el xenotransplante, incluyendo la seguridad de los tejidos y la compatibilidad inmunológica entre especies. 

Los principales obstáculos en el xenotransplante han sido la seguridad y la compatibilidad entre especies. Trabajando en Boston, Marc se enfocó en hacer que los tejidos de cerdo fueran más seguros desde el punto de vista de los patógenos y en mejorar la compatibilidad entre cerdos y humanos. Esto implicó una serie de modificaciones genéticas en los cerdos para hacer que sus órganos fueran más compatibles con el sistema inmunitario humano y mejorar la coagulación de la sangre, entre otras funciones clave. 

Promesas del xenotransplante y pruebas clínicas 

Marc destaca algunos de los avances más prometedores en el campo, como los experimentos que muestran la supervivencia de riñones de cerdo en primates, así como datos alentadores sobre islotes pancreáticos. Un hito particularmente emocionante ha sido la realización de los primeros pasos hacia la aplicación clínica del xenotransplante, incluidos los esfuerzos de eGenesis, una empresa que Marc ayudó a fundar. eGenesis ha logrado realizar trasplantes de soporte extracorpóreo utilizando hígados de cerdo y ha llevado a cabo el primer trasplante de corazón de cerdo en un paciente humano, quien vivió varias semanas con el nuevo órgano. 

En conclusión, Marc Güell ve el xenotransplante como una realidad en camino hacia la aplicación clínica. Aunque todavía existen desafíos complejos que superar y se necesitan años de trabajo adicional, la visión de utilizar órganos de cerdo modificados genéticamente como una fuente ilimitada de trasplantes es cada vez más plausible. Estos animales, con sus numerosas modificaciones genéticas, representan lo que Marc considera el producto biotecnológico más sofisticado existente, abriendo un nuevo horizonte de esperanza para pacientes en espera de trasplantes en todo el mundo. 

Tras la ponencia, Marc respondió a algunas de las preguntas de los asistentes al webinar:  

Preguntas y respuestas sobre biología sintética con Marc Güell 

Avances más significativos en biología sintética: Marc considera que CRISPR ha sido el avance más simbólicamente importante en la biología sintética, acelerando significativamente la investigación. Además, destaca el xenotransplante como un proyecto extremadamente complejo y prometedor para solucionar la escasez de órganos para trasplantes. 

Contribución a tratamientos personalizados contra el cáncer: La biología sintética, según Marc, tiene un gran potencial para contribuir a tratamientos más personalizados para diferentes tipos de cáncer, especialmente a través de la reprogramación de células inmunitarias utilizando técnicas de edición genética. Este enfoque podría expandirse a enfermedades autoinmunitarias como la esclerosis múltiple y el lupus. 

Reducción de la proteína beta-amiloide para el Alzheimer: Marc menciona que, aunque se han logrado avances en la reducción del colesterol utilizando CRISPR, la aplicación para la reducción de la proteína beta-amiloide en el Alzheimer aún no está clara. Sin embargo, destaca que hay opciones terapéuticas prometedoras para otras condiciones degenerativas con la ELA. 

Aplicaciones potenciales más prometedoras: Trabajando actualmente en proyectos relacionados con el acné y la dermatitis atópica, Marc ve un amplio potencial de aplicaciones para la biología sintética, incluyendo soluciones como repelentes de mosquitos para combatir enfermedades infecciosas. 

Accesibilidad y asequibilidad de las terapias: Marc enfatiza la importancia de encontrar un equilibrio entre el desarrollo de nuevas terapias y su accesibilidad para los pacientes, sugiriendo modelos de pago basados en la efectividad y negociaciones colectivas para reducir los costos. 

Abordar desafíos ambientales con CRISPR: La biología sintética tiene un gran potencial para abordar desafíos ambientales, desde mejorar la seguridad alimentaria hasta el desarrollo de biocombustibles. Marc resalta la importancia de adaptar los cultivos a condiciones climáticas extremas y la creación de nuevos materiales sostenibles. 

Potencial para la desextinción: Marc destaca el trabajo de César de la Fuente en el uso de inteligencia artificial para la biología sintética, lo que podría mejorar la reconstrucción de especies extintas y el desarrollo de nuevas terapias antimicrobianas. 

Superando desafíos con la IA y la biología sintética: La fusión de inteligencia artificial con biología sintética ya ha permitido avances como la creación de anticuerpos sin necesidad de usar animales, abriendo la puerta a futuros desarrollos en el diseño de proteínas y enzimas. 

Visión a 20 años: Marc espera que en 20 años, gracias a estas tecnologías, veamos un impacto significativo en nuestra salud y en la sostenibilidad del planeta, permitiéndonos vivir de manera más sana y en un entorno más verde y sofisticado. 

Si no pudiste verlo, puedes ver el webinar aquí: 

Futuro y Vida: Claves de la Biología Sintética con Marc Güell 

Si quieres profundizar en este campo y en otras tecnologías e innovaciones para el bienestar humano, no dejes de ver nuestro informe. 

También puedes acceder a otros webinars sobre la materia: 

• Neurotecnología para el bienestar humano: un vistazo al futuro con el Dr. Álvaro Pascual-Leone 
• Neuroterapia digital: llevando las neurotecnologías a casa del paciente con el Dr. Javier Mínguez 
• Neurotecnología de rehabilitación: del laboratorio a la vida cotidiana con el Dr. Ander Ramos-Murguialday 
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