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revista de divulgación del Instituto de Astrofísica de Andalucía
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Drug Discovery beyond frontiers
La misión Drug Discovery beyond frontiers está diseñada para intentar resolver las diez principales enfermedades que aquejan a nuestra especie. A lo largo de los próximos años se crearán los comités y se diseñarán los BioBots® para la misión. El objetivo es peinar el Sistema Solar con el objetivo de encontrar aquellas moléculas que interfieran de forma eficaz con los procesos de enfermedad.
La primera pregunta que nos hacemos es qué enfermedades serán escogidas para esta investigación interplanetaria. Tres son los principales requisitos de partida para su elección: deben tener una incidencia de más de veinte afectados por cada mil habitantes, debe haber sido identificada la diana molecular que la causa (o que al menos la comunidad científica presente un amplio consenso sobre la misma), y deben de haber sido investigadas sin éxito en la Tierra al menos durante cincuenta años. Se espera que las comisiones de selección de las patologías estén conformadas por representantes de los grupos de interés correspondientes, por lo que sin duda se incluirán científicos de grandes farmas, miembros de los diferentes comités de las agencias reguladoras más importantes, comisionados de la Organización Mundial de la Salud, líderes de opinión del ámbito sanitario, investigadores especializados en cada patología… y astrónomos.
La misión ha sido diseñada para que los BioBots® viajen a diferentes cuerpos del Sistema Solar. Las misiones alcanzarán la Luna, Venus, Ceres, Marte, Europa, Encélado y Titán, e irán reportando la información de forma progresiva, tan pronto como los Biobots® alcancen sus superficies, realicen sus experimentos y envíen los datos a la Tierra.
Se ha convenido que el diseño de los BioBots® sea el mismo para todos los destinos. Se trata de unos róvers de aspecto similar al Perseverance o al Opportunity, pero con un verdadero laboratorio biotecnológico en su interior. Aunque en esta primera fase de la misión se ha decidido construir ingenios terrestres, ya se está pensando realizar una segunda y tercera fase de exploradores submarinos y aéreos.
Hasta ahora tan sólo han trascendido los principales instrumentos de los que dispondrán los BioBots®. Serán los siguientes:
• Brazo robótico para toma de muestras: implementando la tecnología previamente desarrollada para los rovers marcianos, se ha diseñado un sistema de toma de muestras consistente en un sistema multi-instrumento que es capaz de tomar una pequeña muestra e introducirla en recipientes de plástico (placas multipocillo) para su posterior procesamiento y análisis microbiológico y farmacológico.
• Robot de liquid handling: las placas multipocillo serán alimentadas con una batería de medios de cultivo estándar preparados previamente. Cada muestra se sembrará en diez medios que han sido prediseñados considerando las diferentes condiciones de cada uno de los ambientes extraterrestres, donde se espera que crezcan microorganismos extremófilos de diferentes tipologías. Una vez sembradas las diferentes muestras en las placas multipocillo, estas se incubarán durante varios días, registrándose la turbiedad mediante un espectrofotómetro de tiempo real.
• Batería de biorreactores industriales: Las muestras de aquellos pocillos que aumenten su turbiedad serán transferidas a los biorreactores de seguimiento, monitorizando las curvas de crecimiento hasta alcanzar la saturación de los cultivos, y regulando el flujo de gases (oxígeno, nitrógeno, dióxido de carbono…), la temperatura, el pH, el oxígeno disuelto y la velocidad de agitación, al menos. Una de las características novedosas de estos sistemas es que se han diseñado para la autolimpieza y esterilización, ya que es previsible que tengan que realizar repetidos experimentos de expansión y crecimiento de microorganismos.
• Plataforma de microscopía automatizada: Mediante el uso del brazo robótico multitarea se montarán distintas preparaciones de las diferentes etapas del escalado de las muestras, tomando imágenes que serán enviadas a la Tierra para su valoración por los microbiólogos especializados en taxonomía de microorganismos, los cuales han alcanzado un protagonismo inusitado tras el diseño de la presente misión, solo comparable al que adquirieron los epidemiólogos durante la época de la pandemia coronavírica.
• Sistema de extracción: Alcanzado el estado de saturación del cultivo, se tomará una muestra que será transferida a un sistema de extracción consistente en incubación secuencial en tampones de lisis, realizando variaciones de temperaturas, y mediante la aplicación de ultrasonidos y procesos de agitación mecánica, seguidos de centrifugación. Los sobrenadantes de las muestras centrifugadas serán recogidos por el sistema de liquid handling para posteriormente realizar los estudios de Drug Discovery.
• Robot de Drug Discovery: Este sistema utilizará de nuevo el brazo robótico multitarea para el análisis de placas precargadas con las dianas moleculares para cada enfermedad, cuyos experimentos serán revelados mediante sistemas de detección, preferiblemente de marca radiactiva. Aquellos que resulten positivos serán seleccionados para realizar los procesos de fraccionamiento, separación y posterior purificación de picos de los cromatogramas que servirán de base para los experimentos de elucidación estructural mediante el sistema de RMN.
• Equipo de RMN: Las estructuras de las moléculas de las muestras positivas serán elucidadas mediante determinación de RMN y comparación con bases de datos de moléculas conocidas albergadas en las memorias de los BioBot®, que podrán ser actualizadas en remoto con nuevas estructuras moleculares provenientes de la Tierra o del resto de misiones. Por su parte, las estructuras identificadas serán enviadas a la Tierra telemáticamente para ser sintetizadas por los investigadores químicos.
• Sistema de ultracongelación: Aquellas muestras que arrojen un resultado positivo para un determinado modelo de enfermedad serán recogidas en reservorios que serán herméticamente sellados y almacenados para ser recogidos en futuras misiones, con el objetivo de traerlos a la Tierra y generar factorías biotecnológicas especializadas en la producción de compuestos extraterrestres. Los sistemas de ultracongelación serán más o menos críticos en función de las temperaturas medias de cada uno de los cuerpos celestes donde se desarrollan las misiones.
Hasta aquí se describe, muy brevemente, el sustrato del proyecto Drug Discovery beyond frontiers, el cual ampliará el conocimiento de las posibles especies extremófilas que puede que habiten en nuestro Sistema Solar, y de las moléculas que han desarrollado estas a lo largo de los procesos evolutivos extraterrestres en los últimos miles de millones de años, de forma análoga a la adaptación que han sufrido los microorganismos de los ambientes extremos de nuestro planeta, y cuyos hábitats son comparables con los de los mundos a explorar. De hecho, en la Tierra hemos sido capaces de encontrar e identificar microorganismos marinos que viven a 11000 metros de profundidad, en los lechos oceánicos profundos de la fosa de las Marianas (como las bacterias del género Thermaerobacter), o en condiciones osmóticas extremas en las salinas de Santa Pola (como la Salinibacter ruber), o por debajo del punto de congelación del agua en el océano Ártico (como la Psychromonas ingrahamii), o a pH casi cero (la Cyanidyum caldarium), o a 2.700 metros bajo la superficie del suelo (donde fue aislado el Bacillus infernus), o en condiciones de alta radiación (caso del Thermococcus gammatolerans que es capaz de soportar radiaciones de rayos gamma de 30 KGy), por poner algunos ejemplos.
Este proyecto, además, se considera ya entre la comunidad científica internacional como un ejemplo paradigmático de coordinación de nuestra especie en la búsqueda de soluciones a las enfermedades más devastadoras que nos arrasan y para las cuales hemos decidido buscar solución más allá de nuestras fronteras planetarias.
Para conocer más detalles de los procesos de diseño y descubrimiento de fármacos en los que se basa esta misión, pero sin renunciar a la definición de estrategias variadas en el campo de la farmacología, se recomienda la lectura y análisis del libro Diseñando fármacos, publicado este mismo año en la editorial Next Door Publishers.
ADVERTENCIA: Los robots y los hechos descritos en este artículo son completamente ficticios. Cualquier parecido con robots verdaderos, vivos o muertos, o con hechos o proyectos reales es pura coincidencia. Eso sí, el autor no se resigna a dejar de cobrar royalties si en algún momento esta misión, u otra desarrollada a partir de esta idea, llegara a materializarse.