Hace casi 50 años se necesitaban 23,500 animales para producir una libra de insulina. Un mexicano ayudó a encontrar otra solución

Durante décadas, fabricar insulina significó utilizar miles de páncreas de animales. A finales de los años 70, un científico mexicano ayudó a cambiar esa historia: desarrolló, junto con otros investigadores, un pequeño círculo de ADN que podía utilizarse como vehículo para introducir genes en bacterias. 

Su nombre era Francisco Gonzalo Bolívar Zapata y aquella molécula se llamó pBR322. El plásmido no era una fábrica de insulina ni fue creado específicamente para producirla, pero se convirtió en una herramienta para transportar y mantener fragmentos de ADN dentro de bacterias. Poco después, los investigadores utilizaron ese mismo tipo de tecnología para producir proteínas humanas y, en 1979, para clonar en E. coli los genes sintéticos de las cadenas A y B de la insulina.

La historia es bastante más grande que la de un mexicano que “inventó la insulina”. Bolívar formó parte de una cadena de investigadores que ayudaron a construir las herramientas de la ingeniería genética que hicieron posible programar bacterias para fabricar proteínas humanas y una de esas proteínas terminó siendo una de las más importantes para tratar la diabetes.

Antes había que sacar la insulina de los animales

Cuando la insulina comenzó a utilizarse como tratamiento en los años 20, no existía una manera de fabricarla mediante bacterias y la hormona tenía que obtenerse de los páncreas de animales, principalmente vacas y cerdos. El proceso funcionaba, pero tenía un problema bastante evidente: hacía falta una enorme cantidad de materia prima animal.

La FDA señala que para 1981 producir una libra de insulina requería alrededor de 8,000 libras de glándulas procedentes de 23,500 animales. Esa cantidad apenas alcanzaba para tratar a unos 750 pacientes con diabetes durante un año. Además, la disponibilidad de los órganos y el precio de la carne afectaban directamente el suministro y el costo de la hormona. 

La situación hacía que una pregunta cobrara cada vez más importancia: ¿y si la insulina pudiera fabricarse de otra manera? La respuesta comenzó a aparecer en un lugar que, a primera vista, tenía poco que ver con la diabetes.

El problema era conseguir que una bacteria siguiera nuevas instrucciones

A mediados de los años 70, la ingeniería genética todavía estaba dando sus primeros pasos. Los científicos ya habían comenzado a descubrir que podían cortar, unir y modificar fragmentos de ADN, pero todavía quedaba un problema fundamental: cómo introducir esas instrucciones dentro de una célula y conseguir que se mantuvieran ahí.

Las bacterias ofrecían una ventaja enorme. Escherichia coli, por ejemplo, crece rápidamente y puede reproducirse en condiciones controladas. Si los investigadores lograban introducir un fragmento de ADN en ellas, podían aprovechar la propia maquinaria de la célula para copiarlo, pero hacía falta un vehículo.

Ahí entraron los plásmidos, pequeñas moléculas circulares de ADN que pueden existir separadas del cromosoma bacteriano. Los científicos podían insertar en ellas determinados fragmentos de ADN y después introducir el plásmido en una bacteria.

El Instituto de Biotecnología de la UNAM explica que durante los años 70 los plásmidos comenzaron a utilizarse precisamente como vectores o vehículos para transportar genes. Uno de ellos fue el pBR322, construido en el laboratorio de Herbert Boyer por los investigadores posdoctorales Francisco Bolívar Zapata y Raymond L. Rodríguez, y aquí es donde aparece el científico mexicano.

Bolívar llegó a California y terminó construyendo pBR322

Francisco Bolívar nació en Ciudad de México en 1948. Estudió Química en la UNAM y posteriormente realizó estudios de posgrado en Bioquímica. En 1975 viajó a la Universidad de California en San Francisco, donde realizó trabajo posdoctoral en el área de recombinación in vitro de ADN y técnicas moleculares de clonación.

Allí trabajó en el laboratorio de Herbert Boyer junto con otros investigadores y uno de ellos era Raymond L. Rodríguez. El resultado fue pBR322, un plásmido que podía utilizarse como vehículo de clonación; según un artículo publicado en 1977 en Gene, describe la construcción de esta molécula mediante técnicas de recombinación de ADN y señala varias de sus características que la hacían útil para trabajar con E. coli.

Incluso su nombre guarda una pequeña pista. La B corresponde a Bolívar y la R a Rodríguez; la p hace referencia a plásmido. El propio Instituto de Biotecnología de la UNAM explica esta nomenclatura y describe a pBR322 como un vehículo de clonación multipropósito. Pero lo realmente importante no estaba en el nombre, sino en lo que los científicos podían hacer con aquel pequeño círculo de ADN.

Primero había que demostrar que una bacteria podía fabricar una proteína humana

Antes de intentar producir insulina, los investigadores necesitaban demostrar que la idea funcionaba. Para ello eligieron una proteína mucho más pequeña: la somatostatina, una hormona humana formada por apenas 14 aminoácidos.

En 1977, un equipo integrado por investigadores como Keiichi Itakura, Arthur Riggs, Herbert Boyer y Francisco Bolívar logró sintetizar químicamente un gen para la somatostatina y fusionarlo con un gen de E. coli dentro del plásmido pBR322. Después introdujeron ese ADN en las bacterias y consiguieron que produjeran un polipéptido que incluía la secuencia de la somatostatina.

Era una demostración pequeña, pero con implicaciones enormes. Por primera vez, los investigadores habían conseguido que una bacteria produjera un producto funcional a partir de un gen de origen sintético.

Dicho de manera sencilla: acababan de demostrar que podían escribir instrucciones de ADN en el laboratorio y conseguir que una célula las siguiera. Y entonces llegó una pregunta mucho más ambiciosa: ¿podían hacer lo mismo con la insulina?

El siguiente paso fue fabricar insulina dentro de bacterias

La insulina humana está formada por dos cadenas de aminoácidos, conocidas como A y B. En lugar de intentar introducir toda la información de la hormona de una sola vez, los investigadores desarrollaron una estrategia para producir ambas cadenas por separado.

En 1979, un equipo de Genentech y City of Hope publicó en Proceedings of the National Academy of Sciences un trabajo en el que describió cómo los genes sintéticos de las cadenas A y B de la insulina humana fueron clonados por separado en el plásmido pBR322. Después fueron fusionados con el gen de beta-galactosidasa de E. coli para facilitar su expresión y producción.

Francisco Bolívar aparece entre los autores de ese trabajo. Eso permite entender mejor cuál fue su papel: Bolívar no inventó la insulina ni desarrolló él solo la insulina recombinante. 

Su trabajo formó parte de una investigación colectiva que permitió construir y utilizar las herramientas necesarias para introducir genes en bacterias y conseguir que estas produjeran proteínas humanas.

El propio Instituto de Biotecnología de la UNAM señala que el trabajo de Bolívar sobre pBR322 se convirtió en una base para cientos de proyectos de producción de proteínas recombinantes en E. coli. Y aquí es donde aquella pequeña molécula de ADN comienza a conectarse directamente con la medicina.

La bacteria se convirtió en una fábrica biológica

La idea puede sonar extraña, pero en esencia era bastante sencilla. En lugar de extraer una proteína de un animal, los científicos podían introducir en una bacteria las instrucciones necesarias para producirla.

La bacteria hacía el trabajo utilizando su propia maquinaria celular. Después, los investigadores tenían que recuperar y purificar la proteína producida. Antes: animal, extracción, purificación y medicamento. Después: ADN, bacteria, producción, purificación y medicamento.

No significa que el proceso se volviera sencillo de un día para otro. Había que controlar la expresión de los genes, recuperar las proteínas y asegurarse de que funcionaran correctamente, pero el principio ya estaba demostrado. Y la insulina sería uno de los primeros grandes ejemplos de lo que podía conseguir esta nueva forma de hacer biotecnología.

En 1982 la insulina recombinante llegó a los pacientes

Los experimentos realizados durante los años 70 terminaron dando lugar a un medicamento. En 1978, investigadores de City of Hope y Genentech desarrollaron un método para producir insulina humana biosintética mediante ADN recombinante, utilizando bacterias modificadas genéticamente para fabricar las cadenas de la hormona. Posteriormente, Eli Lilly colaboró con Genentech para llevar el proceso a producción comercial.

El 28 de octubre de 1982, la FDA aprobó Humulin, la primera insulina humana biosintética y el primer producto médico aprobado por esa agencia derivado de tecnología de ADN recombinante. La diferencia con la insulina de origen animal era fundamental.

La producción ya no dependía exclusivamente de conseguir enormes cantidades de páncreas de vacas y cerdos. Ahora los microorganismos podían utilizarse para fabricar la hormona, pues la ingeniería genética había pasado del laboratorio a las farmacias.

Y aquí la historia también se vuelve mexicana

Para entonces, Bolívar ya había regresado a México. En 1982 fue nombrado primer director del Centro de Investigación sobre Ingeniería Genética y Biotecnología de la UNAM, institución que posteriormente se transformó en el actual Instituto de Biotecnología. 

La propia UNAM señala que Bolívar trabajó en Estados Unidos entre 1975 y 1977 y que regresó para participar en el desarrollo de la investigación en ingeniería genética y biotecnología en México.

El centro comenzó a funcionar en abril de 1982 y en 1985 se trasladó a Cuernavaca; en 1991 se convirtió formalmente en el Instituto de Biotecnología de la UNAM. Bolívar no regresó simplemente para continuar trabajando en el laboratorio; también ayudó a construir una comunidad científica alrededor de una disciplina que acababa de nacer.

En una entrevista publicada por el propio Instituto de Biotecnología, Bolívar recuerda que él y otros investigadores propusieron a la UNAM la creación del centro en 1982. Y entre los proyectos que formaron parte de aquellos primeros años estuvo precisamente la investigación relacionada con la insulina humana.

El Instituto de Biotecnología explica que sus orígenes estuvieron ligados al desarrollo de técnicas para aislar, secuenciar y sintetizar genes, producir y purificar proteínas y trabajar con microorganismos en procesos de fermentación. Incluso existen registros de trabajos realizados en el entorno del laboratorio de Bolívar sobre clonación de ADN complementario relacionado con la preproinsulina de rata: La historia, entonces, no terminó cuando el científico regresó de California; la tecnología también comenzó a echar raíces en México.

La insulina sigue siendo importante en México

La relevancia de aquella revolución biotecnológica puede dimensionarse mejor si se mira el problema de salud que existe actualmente en el país. La ENSANUT Continua 2021-2024 estimó una prevalencia nacional de 17% de diabetes tipo 2 entre adultos, equivalente a 11.6% de personas con diagnóstico previo y 5.4% sin diagnóstico. Entre quienes ya habían sido diagnosticados, 90.9% estaba bajo tratamiento farmacológico.

Eso no significa que todas esas personas necesiten insulina. La diabetes tipo 2 puede tratarse de diferentes maneras y la estrategia depende de cada paciente, pero la cifra permite dimensionar el tamaño del problema en el que la insulina sigue teniendo un papel importante.

Y detrás de los medicamentos que utilizan tecnología de ADN recombinante hay una historia que comenzó mucho antes, cuando un grupo de investigadores intentaba resolver un problema aparentemente más pequeño: cómo meter un gen dentro de una bacteria y conseguir que la célula hiciera algo nuevo.

Bolívar no inventó la insulina. Ayudó a cambiar cómo podía fabricarse

Es fácil resumir esta historia de una manera demasiado llamativa: “Un mexicano inventó la insulina”, pero sería incorrecto. La insulina había sido descubierta décadas antes y su producción mediante ADN recombinante fue resultado del trabajo de numerosos investigadores, desde quienes desarrollaron las primeras técnicas de recombinación genética hasta los equipos que lograron producir y escalar la hormona. Lo que sí hizo Francisco Bolívar Zapata fue mucho más específico y, al mismo tiempo, trascendente.

Ayudó a construir una de las herramientas que permitieron convertir bacterias en fábricas de proteínas. Su trabajo con pBR322 permitió desarrollar un vehículo de clonación que se utilizó para introducir y trabajar con genes dentro de E. coli. Después, ese mismo plásmido fue utilizado en experimentos con somatostatina y en el trabajo de 1979 sobre los genes sintéticos de las cadenas A y B de la insulina. 

La propia publicación del Instituto de Biotecnología de la UNAM describe el trabajo de Bolívar sobre pBR322 como uno de los pilares sobre los que se construyeron cientos de proyectos de producción de proteínas recombinantes en E. coli. 

Un pequeño círculo de ADN terminó cambiando la medicina

El pBR322 puede parecer hoy un nombre imposible de recordar. Pero detrás de esas letras hay una pequeña pista: la B corresponde a Bolívar y la R a Rodríguez. Aquel círculo de ADN no era una fábrica de insulina. Tampoco resolvió por sí solo todos los problemas para producir la hormona.

Fue algo más pequeño y, en cierto sentido, más importante: una herramienta que permitió a los científicos aprender a transportar y trabajar con genes dentro de bacterias. Después llegaron más experimentos, otros investigadores y nuevas técnicas. Una de esas líneas de trabajo terminó llevando a la producción comercial de insulina humana mediante ADN recombinante. 

La idea que quedó detrás de todo aquello es bastante poderosa: ya no era necesario encontrar una proteína dentro de un organismo y extraerla. También era posible cambiar las instrucciones genéticas de una célula y utilizarla para fabricar algo que necesitamos.

En los años 70, aquello parecía una nueva forma de hacer experimentos con ADN. Décadas después, se convirtió en una parte fundamental de la biotecnología moderna y, en medio de esa transformación, estuvo un científico mexicano que no inventó la insulina, pero que ayudó a construir una de las herramientas que hicieron posible cambiar la forma en que podía fabricarse.

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