La farmacogenética: un fármaco para cada persona

¿Quién no ha escuchado a alguien quejarse de que los medicamentos recetados por los médicos no le hacen nada? ¿Puede ser cierto esto? No todos los fármacos sirven para la misma población. Sigue leyendo y descubre los secretos de la farmacogenética. 

INTRODUCCIÓN

Lo mismo que sucede con los nutrientes, pasa con los fármacos. Otro de los objetivos de la medicina personalizada es hacernos ver que no todos los medicamentos sirven para todas las personas. Sin embargo, no nos viene de nuevo porque hacia 1900, el médico canadiense William Osler reconoció que existía una variabilidad intrínseca y propia de cada individuo, de forma que cada uno reacciona de forma diferente ante un fármaco. Es así como años más tarde definiríamos la farmacogenética.

Es importante señalar que no es lo mismo que la farmacogenómica, la cual estudia las bases moleculares y genéticas de las enfermedades para desarrollar nuevas vías de tratamiento.

Antes de todo necesitamos empezar por el principio: ¿qué es un fármaco? Pues bien, un fármaco es toda sustancia fisicoquímica que interactúa con el organismo y lo modifica, para tratar de curar, prevenir o diagnosticar una enfermedad. Es importante saber que los fármacos regulan funciones que hacen nuestras células, pero no son capaces de crear nuevas funciones.

A parte de conocer si un fármaco es bueno o no para una persona, también se tiene que tener en cuenta la cantidad que se debe administrar de él. Y es que todavía no conocemos el origen de todas las enfermedades, es decir, desconocemos la mayoría de las causas moleculares y genéticas reales de las enfermedades.

La clasificación de las enfermedades se basa principalmente en síntomas y signos y no en las causas moleculares. A veces, un mismo grupo de patologías es agrupado, pero entre ellos existe una base molecular muy diferente. Esto comporta que la eficacia terapéutica sea limitada y baja. Frente a los fármacos, podemos manifestar una respuesta, una respuesta parcial, que no nos produzca ningún efecto o que el efecto sea tóxico (Figura 1).

Figura 1. Efectividad y toxicidad de un fármaco en la población. Los diferentes colores muestran las diferentes respuestas (verde: efectivo y seguro; azul: seguro, pero no efectivo; rojo: tóxico y no efectivo; amarillo: tóxico, pero efectivo) (Fuente: Mireia Ramos, All You Need is Biology)

LOS FÁRMACOS EN NUESTRO CUERPO

Los fármacos acostumbran a hacer el mismo recorrido por nuestro cuerpo. Cuando nos tomamos un fármaco, normalmente por vía digestiva, éste es absorbido por nuestro cuerpo y va a parar al torrente sanguíneo. La sangre lo distribuye a los tejidos diana donde tiene que hacer efecto. En este caso hablamos de fármaco activo (Figura 2). Pero esto no siempre es así, sino que a veces necesita activarse. Es entonces cuando hablamos de profármaco, el cual necesita hacer escala en el hígado antes de aterrizar al torrente sanguíneo.

La mayoría de las veces, el fármaco que ingerimos es activo y no necesita pasar a visitar al hígado.

Figura 2. Diferencia entre un profármaco y un fármaco activo (Fuente: Agent of Chemistry – Roger Tam)

Una vez el fármaco ya ha ido al tejido diana y ha interactuado con las células en cuestión, se producen desechos del fármaco. Estos desechos continúan circulando por la sangre hasta llegar al hígado, quien los metaboliza para expulsarlos por una de las dos vías de expulsión: (i) la bilis y excreción junto con los excrementos o (ii) la purificación de la sangre por los riñones y la orina.

LA IMPORTANCIA DE LA FARMACOGENÉTICA

Un claro ejemplo de cómo según los polimorfismos de la población habrá diferente variabilidad de respuesta lo encontramos en los genes transportadores. La glicoproteína P es una proteína situada en la membrana de las células, que actúa como bomba de expulsión de xenobióticos hacia el exterior de la célula, es decir, todos los compuestos químicos que no formen parte de la composición de los organismos vivos.

Los humanos presentamos un polimorfismo que ha sido muy estudiado. Dependiendo del polimorfismo que posea cada individuo, la proteína transportadora tendrá una actividad normal, intermedia o baja.

En una situación normal, la proteína transportadora produce una excreción bastante alta del fármaco. En este caso, la persona es portadora del alelo CC (dos citosinas). Pero si sólo tiene una citosina, combinada con una timina (ambas son bases pirimidínicas), la expresión del gen no es tan buena y la actividad de expulsión es menor, dando una situación intermedia. En cambio, si una persona presenta dos timinas (TT), la expresión de la glicoproteína P en la membrana de la célula será baja. Esto supondrá una menor actividad del gen responsable y, consecuentemente, mayor absorción en sangre ya que el fármaco no es excretado. Este polimorfismo, el polimorfismo TT, es peligroso para el paciente, ya que pasa mucho fármaco a la sangre, resultando tóxico para el paciente. Por lo tanto, si el paciente es TT la dosis tendrá que ser menor.

Este ejemplo nos demuestra que conociendo el genoma de cada individuo y cómo actúa su código genético en base a él, podemos saber si la administración de un fármaco a un individuo será la adecuada o no. Y en base a esto, podemos recetar otro medicamento que se adapte mejor a la genética de esta persona.

APLICACIONES DE LA FARMACOGENÉTICA

Las aplicaciones de estas disciplinas de la medicina de precisión son muchas. Entre ellas se encuentran optimizar la dosis, escoger el fármaco adecuado, dar un pronóstico del paciente, diagnosticarlos, aplicar la terapia génica, monitorizar el progreso de una persona, desarrollar nuevos fármacos y predecir posibles respuestas adversas.

Los progresos que han tenido lugar en la genómica, el diseño de fármacos, terapias y diagnósticos para las diferentes patologías, han avanzado notablemente en los últimos años, y ha dado paso al nacimiento de una medicina más adaptada a las características de cada paciente. Nos encontramos, por lo tanto, en el umbral de una nueva manera de entender las enfermedades y la medicina.

Y esto se produce en una época en la que se quiere dejar atrás el mundo de pacientes que ante una dolencia o malestar son atendidos y diagnosticados de la misma forma. Por rutina, se les prescriben los mismos medicamentos y dosis. Por este motivo ha surgido la necesidad de una alternativa científica que, basada en el código genético, ofrece tratar al enfermo de manera individualizada.

REFERENCIAS

• Goldstein, DB et al. (2003) Pharmacogenetics goes genomic. Nature Review Genetics 4:937-947
• Roden, DM et al. (2002) The genetic basis of variability in drug responses. Nature Reviews Drug Discovery 1:37-44
• Wang, L (2010) Pharmacogenomics: a system approach. Syst Biol Med 2:3-22
• Ramos, M. et al. (2017) El código genético, el secreto de la vida. RBA Libros
• Foto portada: Duke Center for Applied Genomics & Precision Medicine

Las plantas y el cambio climático

Desde hace unos cuantos años hemos oído hablar del cambio climático. Hoy en día ya es una evidencia y también una preocupación. No solo nos afecta a nosotros, a los humanos, sino también a toda la vida. Se ha hablado bastante del calentamiento global, pero quizá no se haya hecho tanta transmisión de lo que sucede con la vegetación. Son muchas cosas las que se ven afectadas por el cambio climático y la vegetación también es una de ellas. Además, los cambios producidos en esta también nos afectan a nosotros. Pero, ¿cuáles son estos cambios?, ¿cómo los puede regular la vegetación? Y, ¿cómo podemos ayudar a mitigarlos a través de esta?

CAMBIOS EN LA VEGETACIÓN

Distribución de los biomas

En general, debido al cambio climático se espera un incremento de las precipitaciones en algunas partes del planeta, mientras que en otras se espera un descenso. También se denota un incremento global de la temperatura. Esto conlleva a un desplazamiento en la localización de los biomas, las grandes unidades de vegetación (por ejemplo: selvas, bosques tropicales, tundras, etc.).

Triangulo de los biomas según altitud, latitud y humedad (Imagen de Peter Halasaz).

Por otro lado, existe una tendencia al aumento de la distribución de especies en los rangos septentrionales (altas latitudes) y un detrimento en regiones meridionales (baja latitud). Esto conlleva graves problemas asociados; el cambio en la distribución de las especies afecta a su conservación y a su diversidad genética. En consecuencia, las poblaciones situadas en los márgenes meridionales, que han estado consideradas muy importantes para la conservación a largo plazo de la diversidad genética y por su potencial evolutivo, se ven en peligro por esta perdida. Y, en cambio, los rangos septentrionales se verían afectados por la llegada de otras especies competidoras que podrían desplazar a las ya presentes, siendo pues invasoras.

Distribución de las especies

Dentro del escenario del cambio climático, las especies tienen una cierta capacidad para reajustar su distribución y para adaptarse a este.

Pero, ¿qué tipo de especies podrían estar respondiendo más rápidamente a este cambio? Se deduce que aquellas con un ciclo de vida más rápido y una capacidad de dispersión mayor serán las que muestren mayor adaptación y respondan mejor. Esto podría conllevar a una pérdida de las plantas con ritmos más lentos.

La cardota (Galactites tomentosa) una planta de ciclo rápido y con gran dispersión (Imagen de Ghislain118).

Un factor que facilita el reajuste en la distribución es la presencia de corredores naturales: estos son partes del territorio geográfico que permiten la conectividad y desplazamiento de especies de un lado a otro. Son importantes para evitar que estas queden aisladas y puedan desplazarse hacia nuevas regiones.

Otro factor es el gradiente altitudinal, el cual proporciona muchos refugios para las especies, facilita la presencia de corredores y permite la redistribución de las especies en altitud. Por lo tanto, en aquellos territorios dónde haya mayor rango altitudinal se verá favorecida la conservación.

En resumen, la capacidad de las especies para hacer frente al cambio climático depende de las características propias de la especie y de las del territorio. Y, por el contrario, la vulnerabilidad de las especies al cambio climático se produce cuando la velocidad que estas presentan para poder desplazar su distribución o adaptarse es menor a la velocidad del cambio climático.

A nivel interno

El cambio climático también afecta a la planta como organismo, ya que le produce cambios en su metabolismo y en su fenología (ritmos periódicos o estacionales de la planta).

Uno de los efectos que empujan a este cambio climático es el incremento de la concentración de dióxido de carbono (CO₂) en la atmosfera. Esto podría producir un fenómeno de fertilización de la vegetación. Con el aumento de CO₂ en la atmosfera se incrementa también la captación de este por las plantas, aumentando así la fotosíntesis y permitiendo una mayor asimilación. Esto, pero, no son todo ventajas, porque para ello se produce una pérdida de agua importante, debido a que los estomas (estructuras que permiten el intercambio de gases y la transpiración) permanecen largo tiempo abiertos para incorporar este CO₂. Por lo tanto, hay efectos contrapuestos y la fertilización dependerá de la planta en sí, como también del clima de ese lugar. Muchos estudios han demostrado que diversas plantas reaccionan diferente a este incremento del CO₂, ya que el compuesto afecta a varios procesos fisiológicos y por lo tanto las respuestas no son únicas. Por lo tanto, nos encontramos con un factor que altera el metabolismo de las plantas y que no se puede predecir cómo serán sus efectos sobre ellas. Además, este efecto fertilizante está limitado por la cantidad de nutrientes presentes y sin ellos la producción se frena.

Proceso de fotosíntesis (Imagen de At09kg).

Por otro lado, no debemos olvidar que el cambio climático también altera el régimen estacional (las estaciones del año) y que esto afecta al ritmo de la vegetación, a su fenología. Esto puede tener repercusiones incluso a escala global; por ejemplo, podría producir un desajuste en la producción de plantas cultivadas para la alimentación.

PLANTAS COMO REGULADORAS DEL CLIMA

Aunque no se puede hablar de las plantas como reguladoras del clima global, está claro que hay una relación entre el clima y la vegetación. Sin embargo, esta relación es un tanto complicada porque la vegetación tiene tanto efectos de enfriamiento como de calentamiento del clima.

La vegetación disminuye el albedo; los colores oscuros absorben más la radiación solar y por lo tanto se refleja menos luz solar hacía el exterior. Además, al ser organismos de superficie rugosa se aumenta la absorción. En consecuencia, cuanta más vegetación, la temperatura local (calor transferido) aumenta más.

Pero, por otro lado, al aumentar la vegetación hay más evapotranspiración (conjunto de la evaporación de agua de una superficie y la transpiración a través de la plantas). De manera que el calor se gasta en pasar el agua líquida a gaseosa, lo que conlleva a un enfriamiento. Además, la evapotranspiración también ayuda aumentar las precipitaciones locales.

Efectos biofísicos de diferentes usos del suelo y su acción sobre el clima local. (Imagen de Jackson et al. 2008. Environmental Research Letters.3: article 0440066).

Por lo tanto es un efecto ambiguo y en determinados ambientes pesa más el efecto de enfriamiento, mientras que en otros tiene más relevancia el de calentamiento.

MITIGACIÓN

Hoy en día hay varias propuestas para reducir el cambio climático, pero ¿cómo pueden ayudar las plantas?

Las comunidades vegetales pueden actuar como sumideros, reservas de carbono, ya que a través de la asimilación de CO₂ ayudan a compensar las emisiones. Un manejo adecuado de los ecosistemas agrarios y los bosques puede ayudar a la captación y almacenamiento del carbono. Por otro lado, si se lograra reducir la deforestación y aumentar la protección de hábitats naturales y bosques, se reducirían las emisiones y se estimularía este efecto sumidero. Aun así, existe el riesgo de que estos sumideros puedan convertirse en fuentes de emisión; por ejemplo, debido a incendios.

Finalmente, presentar los biocombustibles: estos, a diferencia de los combustibles fósiles (como el petróleo), son recursos renovables, ya que se trata de cultivos de plantas destinados al uso como combustibles. Aunque no logran retirar CO₂ de la atmosfera ni reducen emisiones de carbono, evitan el incremento de este en la atmosfera. Por este motivo no llegaría a ser una medida del todo mitigadora, pero mantienen el balance de emisión y captación neutro. El problema es que pueden generar efectos colaterales a nivel social y ambiental, como el incremento de precios de otros cultivos o la deforestación para instaurar estos cultivos, cosa que no debería suceder.

Cultivo de caña de azucar (Saccharum officinarum) en Brasil para producir biocombustible (Imagen de Mariordo).

REFERENCIAS

• Apuntes de Ciencias de la Biosfera, Análisis de la Vegetación y Fisiología Vegetal, Grado de Biología Ambiental, UAB.
• Hample & R. J. Petit. 2005. Conserving biodiversity under climate change: the rear edge matters. Ecology letters 8 (5): 461-467.
• Botanic Gardens Conservation International. 2015. How does climate change affect plants?. https://www.bgci.org/climate/climate_change_effects/
• Earth Observatory. 2015. How plants can change our climate. http://earthobservatory.nasa.gov/Features/LAI/LAI2.php

 

¿Cómo responden los ecosistemas a la pesca?

De la misma manera que se observan respuestas en los organismos que son objeto de captura por la pesca, los ecosistemas presentan un conjunto de respuestas.

 

Debido a la pesca, los ecosistemas son más fluctuantes. Lo que se observa es que las poblaciones de especies con maduración muy temprana son muy fluctuantes, reduciendo la fluctuación a medida que aumenta la edad de la maduración sexual. Así, las especies de vida larga tienen poblaciones menos fluctuantes pues la cantidad de organismos que hay en un año no es tan dependiente de los organismos del año anterior.

Debido a la pesca, se ve alterada la estructura y funcionamiento de las redes tróficas. Una red trófica es el conjunto de transferencias de energía y materia (alimento) que hay entre los distintos organismos de un ecosistema. La expresión más clara de esta alteración son las cascadas tróficas, que son aquellas situaciones en las cuales los cambios en la abundancia de un depredador tienen efecto en sus presas y también en la abundancia de los niveles tróficos inferiores. Un ejemplo es el que exponen Myers et al. 2007: las capturas por unidad de esfuerzo de tiburones en la costa este de los Estados Unidos se han reducido, lo que ha producido un aumento de la abundancia de sus depredadores, que eran otros tiburones y rayas mesodepredadores (pesan menos de 45 kg). Estos mesodepredadores consumen vieiras y ha producido cambios en su abundancia: mientras que antes de que se reduciesen las capturas de tiburones depredadores su abundancia aumentó porque consumían a los mesodepredadores, a partir del momento en que cayeron sus capturas (las de tiburones)  y aumentó la abundancia de mesodepredadores, la abundancia de vieiras cayó. Este ejemplo se puede ver con más detalle en el esquema siguiente:

Cambio en el tiempo de las especies de cada nivel trófico: grandes tiburones (parte superior), elasmobranquios mesodepredadores (medio) y vieira (debajo). Fuente: Myers et al. 2007.

 

El tipo de pesca afecta más o menos el hábitat. Por ejemplo, la pesca de arrastre de fondo destruye el fondo marino y modifica las propiedades físicas de los sedimentos, los intercambios químicos entre el agua y el sedimento y los flujos de sedimento (Puig et al. 2012). La imagen siguiente muestra los efectos de la pesca de arrastre de fondo en el fondo marino.

Para ampliar la información, consulta:

– Ransom A. Myers, Julia K. Baum, Travis D. Shepherd, Sean P. Powers i Charles H. Peterson. 2007. Cascading Effects of the Loss of Apex Predatory Sharks from a Coastal Ocean. Science 30 March 2007:  Vol. 315 no. 5820 pp. 1846-1850. DOI: 10.1126/science.1138657

– Pere Puig, Miquel Canals, Joan B. Company, Jacobo Martín, David Amblàs, Galderic Lastras, Albert Palanques i Antoni M. Calafat. 2012. Ploughing the deep sea floor. Nature, 489, 286-289. doi: 10.1038/nature11410

– http://www.scientificamerican.com/article/bottom-trawling-fishing-levels-ocean-bottom/

 

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¿Cómo responden los organismos a la pesca?

En esta publicación nos centramos en las respuestas de los organismos a la pesca. Esta entrada es la segunda entrega de la serie “Impacto de la pesca”. Espero que sea de vuestro interés. Recordaros que en la primera entrada de la serie tratamos la pesca y el estado general de las pesquerías.

 

Las poblaciones de las especies objetivo de pesca y las de capturas accidentales presentan un conjunto de respuestas a la acción pesquera.

La respuesta más obvia de la pesca es la reducción del numero de organismos de la población (Colloca et al. 2011), hasta que no tiene lugar la introducción de nuevos individuos a la pesquería (reclutamiento).

La pesca reduce la talla media de los individuos (Martínez-Muñoz et al. 2010) ya que los pescadores siempre buscan los ejemplares más grandes. Por lo tanto, la pesca reduce la esperanza de vida de los organismos y es menos probable que lleguen a tamaños superiores. De esta manera, la talla de los organismos es proporcional a la presión de la pesca.

Se observa también que los organismos maduran sexualmente antes (Walford 1932) ya que cuando la mortalidad es alta, la selección natural tiende a disminuir la edad de la primera maduración sexual.

La pesca reduce la fecundidad de los organismos (Kjesbu et al. 1998) ya que si la población está muy explotada, el conjunto de la población produce menos huevos. Pero además, como la talla de los organismos y el número de huevos que producen tienen una relación exponencial, como la pesca reduce su tamaño, éstos producen menos huevos.

La pesca puede hacer cambiar la tasa de crecimiento de la población ya que ésta depende de las propiedades físicas del hábitat, la disponibilidad de alimento y del estrés. La pesca produce el aumento de la tasa de crecimiento debido a la disminución de la población por la pesca ya que hay más alimento y menos estrés; lo que permite compensar la reducción de la población.

La pesca también aumenta la supervivencia de la larvas ya que también compiten entre ellas: si hay menos adultos, hay menos larvas.

La pesca hará que las especies que compiten junto a la especie objetivo se vean favorecidas por la reducción de la competencia pues habrá más recursos para ellas. A la vez, se verán favorecidas las especies de las que se alimentaba debido a la disminución de la depredación. Todo hace cambian las relaciones de la red trófico. Este aspecto se explicará más detalladamente en la próxima entrada.

 

Esta entrada está basada en los apuntes tomados en Impacto ecológico de la Pesca, asignatura del Máster en Oceanografía y Gestión del Medio Marino de la Universidad de Barcelona. Para complementar esta información se pueden consultar las referencias del texto.

 

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