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El proyecto europeo VENOMICS concluye con la creación de la mayor base de datos de toxinas de la historia

19 de octubre, 2015
Proyecto VENOMICS

Investigadores europeos han presentado el pasado viernes en París los resultados del proyecto VENOMICS, una investigación que durante cuatro años ha identificado y secuenciado toxinas de las que no había información previa, abriendo la puerta al descubrimiento de nuevos fármacos basados en sustancias venenosas. En total, el proyecto VENOMICS ha analizado muestras de venenos de 203 especies animales procedentes de todo el mundo. “Para tener acceso a esta diversidad de especies, hemos combinado expediciones científicas con colaboraciones comerciales, como la establecida con la empresa AlphaBiotoxine de Bélgica”, ha señalado Frédéric Ducancel, responsable del área de Sourcing del proyecto VENOMICS (CEA, French Alternative Energies and Atomic Energy Commission), París (Francia). Esto ha permitido la creación de una base de datos única con más de 25.000 secuencias de toxinas, de las que 4000 han sido producidas in vitro. Este banco sintético está siendo sometido a procesos de screening para ver si tienen alguna actividad frente a dianas de enfermedades y ya hay 30 hits validados (moléculas que han dado una reacción positiva en algún ensayo).

La otra parte del banco generado será sometida a screening en los próximos meses. En paralelo, los hits identificados serán caracterizados por completo en términos de afinidad, selectividad, estructura y función. Los que tengan las mejores propiedades se probarán en modelos de experimentación de las enfermedades a las que querernos dirigimos. En función de los resultados, se patentarán estas moléculas candidatas”, ha comentado Nicolas Gilles, coordinador del proyecto VENOMICS e investigador del equipo de toxinas, canales y receptores de la CEA (French Alternative Energies and Atomic Energy Commission), en París (Francia).

El proyecto europeo VENOMICS está financiado en parte por el Séptimo Programa Marco de la Unión Europea (FP7 HEALTH) y su objetivo era investigar a través de tecnologías ómicas punteras la mayor biodiversidad de venenos. En cuatro años, VENOMICS ha conseguido generar la mayor base de datos con 25.000 secuencias validadas. Hasta ahora, había dos bases de datos de toxinas importantes: Conoserver, que es una base de datos de caracoles venenosos y que tiene unas 1500 toxinas, y Aracnoserver, de arácnidos, que tiene unas 6000. De la base de datos de VENOMICS, 4000 secuencias se han producido y organizado para ser sometidas a screening a través de técnicas de alto rendimiento (HTS, high-troughput screening).

En la historia de la farmacología ya hay ejemplos de fármacos aprobados y utilizados terapéuticamente para el tratamiento de enfermedades que están basados en venenos, siendo ejemplos de ello los fármacos Prialt® (descubierto en cone snail) como analgésico o Byetta® (descubierto en el lagarto monstruo de Gila) como antidiabético en diabetes tipo II. VENOMICS ha sentado las bases para seguir contribuyendo a la ampliación de este tipo de terapias.

Acelerar el proceso de búsqueda de fármacos
Pero, además, el proyecto ha demostrado el “potencial de las tecnologías ómicas” en el procedimiento de búsqueda de nuevos candidatos a fármacos. Las empleadas (proteómica y transcriptómica de novo) han reducido el tiempo necesario para identificar moléculas con actividad farmacológica. Actualmente, el procedimiento para descubrir nuevos fármacos es muy costoso en dinero y tiempo, siendo un cuello de botella la identificación inicial de moléculas activas. VENOMICS ha acelerado este proceso de una forma exponencial, permitiendo acceder a una profundidad en el estudio sin precedentes que no habría sido posible sin la aplicación de las tecnologías ómicas”, ha explicado Rebeca Miñambres, jefe del departamento de Proyectos de I+D de Sistemas Genómicos, en Valencia (España), que se ha encargado del desarrollo de la tecnología de transcriptómica de novo.

Cuando se gestó el proyecto Venomics, una de las claves era conseguir un proceso de análisis de las muestras mucho más rápido que los que hasta la fecha usaban los laboratorios farmacéuticos. Al principio, y con el fin de poner a punto la tecnología, se trabajó con un banco de muestras pequeño y de animales grandes. Poco a poco, en los últimos meses se ha llegado a trabajar de modo automático y masivo (high-throughput) con un mayor volumen de muestras.

Renaud Vincentelli, responsable de Producción de Proteínas en el Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS) en la Universidad Aix Marseille, en Marsella (Francia) ha explicado cómo el equipo de VENOMICS desarrolló un nuevo y original protocolo que ha permitido “la producción, purificación y caracterización de 4000 toxinas recombinantes a partir de residuos en tan solo seis meses. La mayoría de los pasos han sido automotizados y robotizados lo que explica, en parte, la mayor rapidez en la producción frente a los pipelines tradicionales. Además, a diferencia de la mayoría de los protocolos publicados hasta la fecha, en este proceso también se reduce el tiempo hasta enviar las toxinas a screening frente a objetivos terapéuticos. Este pipeline ha utilizado un procedimiento único, el más eficiente para la producción de pipelines de toxinas de los existentes hasta la fecha”.

Organización de la investigación
El consorcio VENOMICS está compuesto por empresas biotecnológicas pequeñas y medianas (Sistemas Genómicos de Valencia, NZYTech de Lisboa y Zealand Pharma de Copenhague) y laboratorios académicos (Universidad de Lieja, Universidad de Marsella y CEA en París) y está coordinado por Absiskey, con sede en Grenoble. El proyecto está dividido en cuatro grandes áreas, estando cada uno de los socios especializado en alguna de ellas.

La primera de las áreas era la de sourcing de animales, o lo que es lo mismo la obtención de muestras de veneno y glándulas de distintas especies, que ha sido coordinada por Frédéric Ducantel, de la Universidad París Sur.

En un principio, los animales de los que se ha ido extrayendo veneno se obtenían por expediciones (Guayana francesa, Isla Mayotte, Polinesia), pero en el último año se contrató a una empresa experta en la cría de animales venenosos (AlphaBiotoxine, Bélgica) de las que disponían de especies poco comunes. Además de animales “clásicos” como serpientes, escorpiones, arañas y caracoles, entre los animales estudiados se ha analizado escolopendras, peces, una especie de lagarto venenoso que no se había estudiado nunca, pulpos, e insectos como avispas, abejas, abejorros, etc.

El segundo paso del trabajo era enviar el veneno y las glándulas de los animales a los equipos de transcritptómica de novo y proteómica para secuenciarlos de forma paralela. “El veneno se enviaba al equipo de proteómica y la glándula, de la que extraíamos el ARN, a nuestro equipo encargado de la transcriptómica de novo. De esta forma, trabajábamos en paralelo sobre un mismo animal”, ha indicado Rebeca Miñambres. Las anotaciones bioinformáticas de los transcriptomas resultantes fueron llevados a cabo por un equipo de CEA (Marion Verdenaud).

Los resultados obtenidos por los equipos de proteómica y transcriptómica de novo se enviaban al equipo de integración, que hacía lo propio con los resultados de ambos grupos y seleccionaba los péptidos que cumpliese con los criterios estructurales definidos por los expertos toxinólogos del consorcio.

La tercera fase del trabajo consistía en enviar estos resultados al equipo de producción en la que se generaban péptidos sintéticos basándose en las muestras integradas del análisis proteómico y transcriptómico y utilizando para ello dos técnicas: la síntesis química sintética –unión encadenada de aminoácidos- o la producción en bacterias –introducción a una bacteria del gen de la proteína que quieres producir-.

Finalmente, la última parte del trabajo consistía en someter los péptidos a screening para ver si eran activos frente a alguna enfermedad. Como explica otro de los socios del consorcio, Frosty Loechel, Director of Molecular Pharmacology, Zealand Pharma, Glostrup (Denmark): “Las 4000 toxinas se están secuenciando en un panel de cuatro ensayos por Zealand Pharma y CEA. Dos de ellos fueron ensayos celulares para identificar hits que pudieran convertirse en fármacos para enfermedades inflamatorias, diabetes u obesidad. Los otros dos fueron ensayos de unión entre moléculas donde los hits analizados podrían llegar a convertirse en fármacos para enfermedades inflamatorias o autoinmunes”. La compañía y CEA planean seguir con el screening de hits con potencial terapéutico una vez terminado VENOMICS.

Principales logros del proyecto VENOMICS

  • Análisis de 203 especies diferentes desde serpientes, escorpiones, arañas, gastrópodos, peces, insectos, escolopendras, cnidarios, pulpo y lagarto.
  • Creación de la mayor base de datos con 25.000 secuencias.
  • Generación del primer banco de 4000 péptidos bioactivos.
  • 30 hits validados de momento por su actividad frente a dianas para necesidades médicas no cubiertas.
  • Los resultados validan VENOMICS como una estrategia eficiente para la identificación de toxinas raras útiles para la salud humana.