iGEM Ecuador: Biología sintética con calidad de exportación

Escrito por Xavier Montalvo, Lorena Troya y Jean Herdoiza

Hace exactamente un mes, el domingo 14 de noviembre, estuvimos en São Carlo (Brasil) en la ceremonia de premiación de iGEM 2021, luego de dos años de trabajo. iGEM es la competencia anual de Biología Sintética más importante a nivel mundial y que reúne a miles de estudiantes, investigadores, científicos y empresas para tratar diversos problemas propios de cada región, buscando su solución aplicando biología sintética y diversas ramas de la ingeniería.

El evento tiene una duración de 2 días. En esta edición, el nombre de nuestro equipo, iGEM Ecuador, resonó con fuerza y se posicionó entre los mejores proyectos 10 proyectos del mundo, de entre más de 300. Obtuvimos seis nominaciones a varios premios especiales dada la excelencia de nuestro trabajo en diferentes áreas de la competencia. Tal era la emoción, que momentos antes de la premiación, ansiosos, inquietos y algo incrédulos, comenzamos a recordar el arduo camino que recorrimos para alcanzar ese momento en el que nuestro proyecto Agrobactory 593 sería premiado.

Fundado en 2016 por estudiantes de Ingeniería en Biotecnología de la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE y con la tutoría del profesor Francisco Flores, docente de esta Universidad, iGEM Ecuador se formó como un grupo multidisciplinar de estudiantes e investigadores de las carreras de Biotecnología y Mecatrónica. En 2018, fuimos el primer y único equipo ecuatoriano en participar en iGEM, donde nos adjudicamos la medalla de plata dejando en alto el nombre del país.

Impulsados por aquel triunfo, desde 2020 empezamos a trabajar en un nuevo proyecto enfocado en una de las principales amenazas para la agricultura en Ecuador, las enfermedades de las plantas y los problemas asociados a su manejo empleando plaguicidas químicos. Así nació Agrobactory 593, una plataforma bacteriana modular que produce bioplaguicidas específicos para combatir fitopatógenos y que son amigables con el medio ambiente.

Al igual que los seres humanos, las plantas y los patógenos que las atacan están constituidos por ADN específico de cada organismo. A partir del ADN se genera lo que se conoce como ARN mensajero y este a su vez produce proteínas. AgroBactory 593 [Team:Ecuador - 2021.igem.org], selecciona genes específicos del ADN del hongo al que queremos combatir y produce moléculas de ARN de doble cadena que, por reacciones bioquímicas, se adhieren al ARN mensajero del patógeno impidiendo su supervivencia o virulencia. Este proceso se conoce como silenciamiento de genes, y es el que proporciona a AgroBactory 593 su modularidad porque nos permite seleccionar y cambiar fácilmente entre distintos patógenos a combatir, para optimizar nuestro bioplaguicida y proporcionar una solución biodegradable y asequible para los agricultores y sus cultivos.

En 2019 fue detectado por primera vez en plantaciones en América Latina, en la región noreste de La Guajira (Colombia), el hongo Fusarium oxysporum f. sp. cubense raza 4 tropical (Foc R4T), que provoca una enfermedad destructiva del banano y plátano, y está considerado como uno de los diez hongos más destructivos en la historia de la agricultura, provocando pérdidas millonarias en las plantaciones de banano [3]. En abril de 2021 Perú (otro país limítrofe a Ecuador) confirmó la presencia de Foc R4T en una parcela del distrito de Querecotillo [4]. Dada la inminente llegada de este hongo a Ecuador y su peligrosidad, empezamos nuestros experimentos en el laboratorio con el hongo Foc raza 1 como prueba de concepto de nuestra tecnología pues comparte genes similares con Foc R4T.

Hemos investigado y colaborado arduamente con profesores y científicos extranjeros como Yadira Boada, investigadora ecuatoriana de biología sintética e ingeniería de control de la Universitat Politècnica de Valéncia-España. También hemos escuchado sobre las necesidades de los agricultores y de las empresas que participan en la cadena productiva bananera, y promovimos charlas informativas con los representantes del Ministerio del Ambiente, para desde su concepción, moldear nuestro proyecto y conseguir todo lo que nos habíamos propuesto. Como parte de la competencia, tuvimos la oportunidad de colaborar con otros equipos iGEM, quienes retroalimentaron nuestra propuesta.

El lector se preguntará: si iGEM es una competencia anual ¿por qué participamos en la edición de 2021? Hacer ciencia en Ecuador tiene muchas dificultades, sin embargo, la pandemia de COVID-19 fue un duro revés para el desarrollo del proyecto, pues nuestra universidad cerró sus laboratorios y no tuvimos acceso a ninguna de sus instalaciones. Gracias a nuestro tutor, Francisco Flores, que además de ser docente es un emprendedor privado nos facilitó el uso de su laboratorio y equipamiento para el proyecto (con lo que eso conlleva: material y reactivos nacionales e importados, instalaciones, luz eléctrica y otros servicios básicos y material de oficina). Francisco ha sido un apoyo incondicional para todo el proyecto, a quién queremos expresar hoy nuestro agradecimiento público.

Es así que, uno de los principales retos que afrontamos fue la recaudación de fondos para poder elaborar y sacar adelante nuestra investigación, realizando: cursos, rifas, bingos y venta de alimentos para recolectar el dinero necesario tanto para la inscripción en la competencia, como para la compra de algunos reactivos y materiales. Buscamos y obtuvimos diferentes becas y patrocinios que la competencia iGEM otorgaba, y con ello cubrir algunos gastos propios de una investigación, es decir, que además trabajar más de 8 diarias dentro del laboratorio, trabajamos fuera de él con autogestión y buscando únicamente que Agrobactory 593 tenga el mayor impacto posible.

Finalmente, con mucha ilusión de presentar nuestro trabajo en un espacio internacional, pusimos ahínco en la recaudación de fondos y una de nuestras actividades fuera del laboratorio fue la venta de comida preparada (colada morada a domicilio) el pasado mes de Noviembre de 2021. Con esto pudimos cubrir parte de nuestro viaje y estancia en São Carlos-Brasil, y donde se desarrolló el “Brazilian Giant Jamboree Meetup” que reunió a todos los equipos sudamericanos en el evento final de la competencia iGEM. La sede fue ONOVOLAB, un centro de innovación que acogió no sólo a científicos y estudiantes de iGEM, sino también a investigadores del área de biología sintética. Fue una experiencia inolvidable, y definitivamente el lenguaje no es una barrera cuando se comparte objetivos, emociones y las ganas de hacer ciencia a pesar de las dificultades inherentes de la región y de nuestro país.

El día Domingo 14 de noviembre y junto a otros 1200 asistentes vía streaming en directo desde París-Francia, llegó la premiación y nos mostramos expectantes de que nuestro trabajo sea recompensado. La emoción invadió nuestro cuerpo cuando anunciaron que ganamos el primer premio como “Best Food and Nutrition Project”, que significaba que AgroBactory 593 fue el mejor proyecto de su categoría. No solo nosotros gritamos ¡Ecuador! ¡Sí se pudo!, sino que nuestros compañeros de Brasil nos acompañaron en el canto, en la algarabía y la emoción. De la misma forma, recibimos la noticia de otros tres premios especiales: Mejor modelo matemático (Best Model), Mejor Impacto de desarrollo sostenible (Best Sustainable Development Impact), y Mejor nueva parte biológica compuesta (Best New Composite Part). Además estuvimos nominados a otros dos premios: Mejor Hardware (Best Hardware) y Mejor integración de prácticas sociales (Best Integrated Human Practices).

Logramos un hito sin precedentes: ser el equipo más premiado de América y de toda la competencia como estudiantes de carrera! Finalmente, llegó el premio que nos hacía mucha ilusión: la medalla de oro. Un premio que ratifica nuestra entrega y pasión en demostrar que en Ecuador se hace ciencia de alto impacto.

¿Y cuál es el futuro de AgroBactory 593? Actualmente estamos empezando la segunda fase de investigación y de experimentación en el laboratorio, y planeamos llevar nuestra propuesta a campo y en ese escenario determinar variables cómo el mejor método de administración del biopesticida y la cantidad necesaria. Aunque nuestra ilusión por trabajar en este proyecto sigue intacta como el primer día, debemos enfrentar la realidad: sin financiamiento será difícil o prácticamente imposible de continuar.

Todavía resulta utópico pensar en Ecuador como un país donde se incentive a los jóvenes a desarrollar proyectos de investigación para el beneficio de la sociedad, e incluso representar al país en competencias internacionales. El éxito como iGEM Ecuador demuestra que los jóvenes ecuatorianos tenemos la capacidad y aptitudes necesarias para crear, innovar y hacer ciencia a nivel internacional. Queremos decir que nuestro proyecto va acorde a las nuevas políticas de transición ecológica promovidas recientemente por el Estado ecuatoriano. No en vano, invertir en educación e investigación es la clave para generar condiciones de trabajo dignas para hombres y mujeres; porque la ciencia, industria y empleo siempre van de la mano.

Fuentes consultadas:

[1] INEC, ESPAC 2014 - 2018. Encuestas. Disponible https://www.ecuadorencifras.gob.ec/estadisticas-agropecuarias-2/

[2] Cheng, Chunzhen et al. Identificación de Fusarium oxysporum f. sp. cubense tropical race 4 (Foc TR4) miARN sensibles en la raíz de banano. Informes científicos vol. 9, p.2-4 ,. 2019, doi: 10.1038 / s41598-019-50130-2

[3] Banco Mundial. Empleo en agricultura (% del empleo total) (estimación modelada de la OIT) -Ecuador. 2021 [citado el 10 de octubre de 2021] Disponible en: https://data.worldbank.org/indicator/SL.AGR.EMPL.ZS?locations=EC

[4] Exportación de banano. Perú confirma infestación con hongo FOC R4T.2021 [citado 10 de octubre de 2021] Disponible en: https://bananaexport.com/2021/04/12/peru-confirma-infestacion-con-hongo-foc-r4t/

Crédito fotografías:

Gabriella Joris

El azaroso salto del mesón de laboratorio a la planta industrial

El azaroso salto del mesón de laboratorio a la planta industrial: Acortando la brecha para el escalamiento de emprendimientos biotecnológicos en LatAm

El escalamiento de innovaciones basadas en biotecnologías requiere de equipos, recursos, tiempos y procesos diferentes a los que se esperan de las otras tecnologías, como las digitales que, en pocos años, logran ascender de startups a multinacionales valuadas en millones de dólares. En el caso de los bioemprendimientos, el paso del laboratorio a la industria no es sólo un problema de escala, sino que su éxito está influenciado, a su vez, por múltiples factores directos e indirectos como: la disponibilidad de financiamiento, el acceso a equipamiento, el conocimiento técnico, la replicabilidad de los experimentos, el acceso a cadenas de valore, entre otros. En el contexto latinoamericano, con una industria biotecnológica dispersa e incipiente, cada emprendimiento requiere mecanismos ingeniosos para sobrevivir en esta realidad. Este artículo presenta algunas alternativas accesibles que combinan esfuerzos públicos y privados en miras a pavimentar el camino al éxito de las bioinnovaciones regionales.

La actual panacea de la innovación basada en emprendimiento, empujada en sus inicios por el despertar de Silicon Valley y sus empresas de garaje, acelerada por el boom de las “dot com”, y más recientemente expandida por la masificación del acceso a internet y sus tecnologías asociadas, ha permitido ver el nacimiento de empresas que, en menos de una década y con infraestructura accesible, logran cotizar en bolsa por billones de dólares. Este es el caso de startups como Instacart [1], AirBnB [1], Rappi [2] y el de múltiples fintecs [3]. Sin embargo, el rápido escalamiento que demuestran las startups digitales genera expectativas poco realistas para otras industrias, corriendo el riesgo de invisibilizar los desafíos propios del desarrollo de otros sectores industriales, como aquellas vinculados a la biotecnología.

Para el sector biotecnológico, la capacidad de llevar una tecnología desarrollada en un mesón de laboratorio a una escala industrial y que sea comercialmente rentable es todo menos despreciable. A diferencia del escalamiento de un emprendimiento de base digital que podría implicar, entre otros, ampliar el número de servidores, en las ciencias biológicas el escalamiento se vuelve un desafío repleto de incertidumbres, ajustes e iteraciones.

Una vez validado a nivel de laboratorio que un cierto organismo, complejo biológico o bioproceso es capaz de resolver una problemática particular, el siguiente paso es probar si esto es replicable a gran escala, pasando (idealmente) a un piloto integrado. Luego a la planta demostrativa, para llegar finalmente a escala de producción en masa. A primera vista, parece un desafío contra las leyes de la naturaleza en órdenes de magnitud o acomodar protocolos diseñados para escalas de hasta 50 litros, a una escala de cientos o miles de litros. No obstante el verdadero reto es replicar los resultados del matraz en nuevos ambientes, con diferentes maquinarias y formas de operación que agregan incertidumbre al potencial de estas tecnologías.

Algunos factores clave que influyen en el alto riesgo asociado a estas etapas incluyen:

1. Factores directos, como la baja replicabilidad de los experimentos diseñados a nivel de laboratorio, la inestabilidad o variabilidad inherente de los procesos de base biológica, la eficiencia y rendimiento de los procesos mismos, su competitividad a nivel de precio con las alternativas comerciales, o incluso la elección de un modelo de negocio poco escalable.

2. Y factores indirectos, como la disponibilidad de financiamiento para fases de escalamiento, limitaciones de acceso a equipamiento especializado, falta de conocimiento técnico y experiencia, o las condiciones propias del ecosistema de innovación local, entre otras.

Es poco probable que se pueda evitar lidiar con las vicisitudes propias de la biología y sus caprichos, sin embargo, sí es posible reducir los riesgos asociados a aquellos agentes indirectos como el know-how (o saber hacer), el acceso a infraestructura adecuada y financiamiento de riesgo. La realidad particular de Latinoamérica algunas estrategias de bajo costo, pueden pavimentar un camino más certero en el escalamiento de biotecnologías, como:

• Utilizar las capacidades instaladas y los conocimientos técnicos dentro de las universidades y centros. Facilitando el acceso a estos espacios para emprendimientos en búsqueda de equipamiento y personal capacitado, se permite realizar validaciones previas e incluso pilotos de baja escala, sin necesidad de invertir en equipamiento ni personal durante las etapas iniciales, y a su vez que entrega un flujo de ingresos alternativos para la academia. Ejemplos de plataformas que facilitan este match entre academia e industria son: Science Exchange [4], QReserve [5], LabNettings [6] [1].

• Abrir las capacidades ociosas dentro de empresas regionales a colaboraciones con startups y spin-offs provenientes de la academia. Industrias como la farmacéutica, la industria química o de alimentos poseen equipamiento e instalaciones que podrían servir no sólo para el pilotaje de proyectos, sino también para generar alianzas que sean mutuamente beneficiosas.

• Desarrollar capacidades compartidas a través de instalaciones de acceso abierto on-demand. Plantas de pilotaje que permiten tanto a pequeñas como grandes empresas utilizar el equipamiento y el conocimiento técnico de su personal, sin los riesgos, costos, ni el tiempo que implica invertir en esta infraestructura individualmente. Para esto existen interesantes ejemplos europeos como Bio Base Europe Pilot Plant [7], o Bioprocess Pilot Plant [8], entre otras.

Alternativas como las anteriores, donde se combinan tanto esfuerzos públicos como privados, ayudan a pavimentar el camino al éxito de las bioinnovaciones. Con acceso a infraestructura y conocimiento especializado se puede comprobar la viabilidad técnica de una tecnología, así como reducir el riesgo asociado a los procesos de escalamiento y acercar el interés del capital privado, que sin pruebas claras de viabilidad a escala industrial suele mirar dudoso los resultados desplegados en papers y patentes. Finalmente, se trata de construir un ecosistema de innovación fluido que mueva la ciencia desde el laboratorio y sus publicaciones poniéndola a prueba a escalas reales de mercado.

Referencias

[1] Business Insider. (2021). 10 startups that became worth billions in less than 3 years. Recuperado de: https://www.businessinsider.com/fastest-startups-to-became-unicorns-by-crossing-1-billion-valuation-list-2018-4

[2] Crunchbase. (2021). Rappi. Recuperado de: https://www.crunchbase.com/organization/rappi

[3] PCN. (2021). The 10 fastest fintech to reach billion-dollar valuations. Recuperado de: https://teampcn.com/10-fastest-fintechs-to-reach-billion-dollar/

[4] Science Exchange. (2021). Recuperado de: https://ww2.scienceexchange.com/s/

[5] QReserve. (2021). Recuperado de: https://get.qreserve.com/

[6] LabNettings. (2021). Recuperado de: https://labnettings.com/

[7] Bio-Base Europe Pilot Plant. (2021). Recuperado de: http://www.bbeu.org/pilotplant/

[8] Bioprocess Pilot Plant. (2021). Recuperado de: https://www.bpf.eu/

El envenenamiento por mordedura de serpiente: una enfermedad asociada a la pobreza

El pasado 19 de septiembre se conmemoró el Día Internacional de Concienciación sobre las Mordeduras de Serpiente, una ocasión para visibilizar una de las crisis de salud más importantes en el mundo. Se estima que anualmente 4 millones de personas sufren este tipo de accidentes, ocasionado entre 80 mil y 138 mil muertes y que afecta principalmente a poblaciones de zonas tropicales. Por este motivo, el envenenamiento por mordedura de serpiente es considerado como una enfermedad tropical desatendida de alta prioridad por la Organización Mundial de la Salud.

Varios autores la han descrito como la enfermedad de la pobreza y la mayor crisis oculta a nivel global, debido a su impacto y frecuencia en zonas de escasos recursos, donde existe dificultad de acceder a un tratamiento médico adecuado. Un caso en Latinoamérica es el de la cuenca amazónica, en donde las comunidades conviven con una gran diversidad de serpientes venenosas. Sin embargo, es común que no se encuentre personal ni infraestructura adecuada para atender a las víctimas de envenenamiento. El lapso de tiempo hasta iniciar el tratamiento es un factor crítico, pudiendo evitar secuelas graves como la amputación de una extremidad.

El antiveneno es el fármaco validado clínicamente para el tratamiento de pacientes que han sufrido este tipo de accidentes. En algunos países de la región como Ecuador, en el sistema de salud pública se puede encontrar el medicamento. Cabe aclarar que el acceso al antiveneno es restringido y puede ser administrado únicamente por personal de salud capacitado en centros médicos. Esto permite controlar la evolución del paciente, puesto que el uso del fármaco puede generar reacciones alérgicas. Sin embargo, implica también que el tratamiento pueda iniciar solamente a la llegada de la víctima a un hospital. Lo último representa una desventaja considerando que en localidades donde estos accidentes son frecuentes, llegar a centro médico puede llevar horas e incluso días. Además, el tratamiento puede ser costoso. De hecho, en la actualidad se produce apenas la mitad de antiveneno necesario para abastecer a todos los países en donde se requiere. Para la producción de este fármaco se utiliza tecnología implementada en el siglo 19 pudiendo ser poco efectiva y costosa.

Considerando estos antecedentes, la OMS ha trazado un plan estratégico para disminuir el impacto de esta enfermedad. Este plan involucra cuatro ejes fundamentales: educación a las comunidades, investigación y desarrollo, mejora del sistema de salud y fortalecimiento de alianzas y coaliciones para obtener recursos. La investigación es clave para la identificación e implementación de nuevos tratamientos más efectivos, accesibles y con costos menores. Sin embargo, representa solo una parte de la ruta demostrando la importancia de la articulación de la ciencia con otros sectores.

Es necesario contar con personal médico capacitado para atender emergencias. El apoyo de empresas y recursos privados también es crucial, con el fin de crear la producción de antiveneno sostenible y que no dependa de políticas públicas. Y por supuesto, la educación a las comunidades es una herramienta poderosa para prevenir los accidentes con serpientes venenosas. Con pequeñas acciones como el uso de protección adecuada en actividades de agricultura, se podría reducir el riesgo de posibles accidentes. Además, es importante educar para eliminar concepciones e informaciones erradas acerca de las serpientes venenosas. Estos animales mantienen las poblaciones de roedores controladas e inclusive se han obtenido moléculas de interés médico al estudiar su veneno, como el captopril.

Aunque en los últimos años se han dado grandes avances en el tema, aún resta mucho por hacer. Por ejemplo, datos recientes indican que la actual pandemia tuvo un impacto negativo en la prevención y cuidado de pacientes de mordedura de serpiente, incrementando la morbilidad y mortalidad. Aún resta comprender las implicaciones de esta enfermedad en poblaciones vulnerables. Que, para un agricultor, una mordedura podría significar una amputación, dificultando que cumpla con sus labores y llevando a su familia a continuar en un ciclo de pobreza. Aún resta entender que para solventar varios problemas de salud pública se debe ir más allá de los aspectos médicos e involucrarse en temas sociales. Es por esto que la visibilización de esta y otras enfermedades desatendidas es un paso enorme para combatirlas.

Para más información puedes visitar las siguientes páginas:

https://www.who.int/es/news-room/fact-sheets/detail/snakebite-envenoming

https://snakebiteawareness.org/

https://www.snakebiteinitiative.org/

http://minutestodie.com/

Fuentes consultadas:

Harrison, Robert A., et al. "Snake envenoming: a disease of poverty." PLoS neglected tropical diseases 3.12 (2009): e569.

van Oirschot, J., Ooms, G. I., Waldmann, B., & Kadam, P. (2021). Snakebite incidents, prevention and care during COVID-19: Global key-informant experiences. Toxicon: X, 9, 100075.

Babo Martins, Sara, et al. "Snakebite and its impact in rural communities: the need for a one health approach." PLoS neglected tropical diseases 13.9 (2019): e0007608.

Harrison, R. A., Hargreaves, A., Wagstaff, S. C., Faragher, B., & Lalloo, D. G. (2009). Snake envenoming: a disease of poverty. PLoS neglected tropical diseases, 3(12), e569.

The Telegraph. 2021. Snakebite: the race to find a universal antivenom. [online] Available at: <https://www.telegraph.co.uk/news/snakebite-and-antivenom/> [Accessed 21 September 2021].

IAVI. 2021. Snakebite. [online] Available at: <https://www.iavi.org/our-science/snakebite> [Accessed 21 September 2021].

Imágenes:

ALLBIOTECH

The Telegraph

Nature

Instituto Clodomiro Picado

World Health Organization