Si creáramos los nanobots para reemplazar los antibióticos, ¿seguiría siendo una carrera armamentista a medida que las bacterias evolucionaran para vencer a la tecnología?

Ya tenemos esos nanobots. Se llaman neutrófilos y macrófagos, los glóbulos blancos que detectan y matan a los invasores bacterianos. Los neutrófilos se especializan en la guerra química, liberando compuestos altamente tóxicos como especies reactivas de oxígeno y enzimas degradantes que atacan y destruyen las células bacterianas. Los macrófagos engullen bacterias y las digieren en compartimientos celulares internos especializados.

Neutrófilos atrapando la bacteria Shigella , de los NET enredados del sistema inmune

Macrófago que engulle la bacteria de la tuberculosis, de plasticidad en los macrófagos

Por supuesto, los glóbulos blancos y las bacterias han evolucionado en una carrera de armas de la Reina Roja en la que un avance por un lado es contrarrestado rápidamente por el otro. Staphylococcus aureus es un patógeno oportunista que mata a 30,000 estadounidenses por año, pero también existe como una piel inofensiva comensal en el 25-30% de la población. Es excelente para evadir y confundir el sistema inmune [1] [2] [3]. De hecho, uno podría decir que este es su nicho o especialidad ecológica. Envía señales químicas que “ciegan” a los neutrófilos al sitio de la infección. Envía otras señales que hacen que los macrófagos se suiciden. Se cubre con proteínas del sistema inmune, lo que hace que parezca una célula huésped y no un invasor. A pesar de décadas de esfuerzo, no hemos podido desarrollar una vacuna efectiva contra S. aureus [4] .

Estas defensas se desarrollaron durante miles o millones de años. Staph y otras bacterias no tendrían defensas contra nuevos nanobots artificiales que supuestamente usan diferentes mecanismos para detectar y destruir bacterias. Aunque se desarrollaría resistencia, este proceso bien podría llevar décadas o incluso siglos. Eso sería una gran victoria para los humanos frente a las bacterias.

Desarrollar nanobots que detectan y destruyen bacterias sería difícil. Pero esa sería la parte fácil. Nuestros sistemas inmunes son inmensamente complicados y kludgy. La mayoría de los tipos de células no son los soldados de primera línea que atacan las bacterias y los virus. En cambio, brindan apoyo logístico y, lo más importante, comando y control de respuestas inmunes muy poderosas.

Las respuestas inmunes no controladas provocan enfermedades inflamatorias, que toman una variedad de formas: Alzheimer, asma, aterosclerosis, enfermedad de Crohn, colitis, dermatitis, nefritis, enfermedad de Parkinson, choque séptico y colitis ulcerativa, entre muchas otras. Las respuestas inmunes hiperactivas también conducen a enfermedades autoinmunes en las cuales el sistema inmune ataca ciertas células y tejidos como si fueran bacterias y virus: diabetes (tipo 1), enfermedad de Graves, síndrome de Guillain-Barré, miastenia grave, esclerosis múltiple, psoriasis, reumatoide artritis y lupus eritematoso sistémico. Desarrollar nanobots que solo ataquen virus y bacterias (y lo hagan de manera efectiva) y nunca ataquen tejidos humanos será una tarea muy difícil.

Esta es (otra) razón por la que debe considerar todos los productos que afirman potenciar o fortalecer el sistema inmune como estafas. Si estos productos realmente funcionaran, más allá del efecto de una dieta sana y equilibrada, causarían inmensos daños y enfermedades. Millones de personas se enferman y mueren porque su sistema inmunitario es demasiado activo.

Los nanobots para combatir infecciones son una gran idea. Al igual que con tantas grandes ideas, la naturaleza llegó primero. Y como es muy común con las grandes ideas, las consecuencias involuntarias del éxito podrían ser mayores que el problema original.

Notas a pie de página

[1] Evasión inmunitaria por estafilococos.

[2] La infección por Staphylococcus aureus induce evasión inmune mediada por proteína A en humanos

[3] Evasión de la muerte de neutrófilos por Staphylococcus aureus.

[4] El sueño de la vacunación estafilocócica

Más probable es que sí. Quiero decir, los dientes de león han evolucionado para vencer a los cortacéspedes. Las cortadoras de césped no pueden alcanzar el diente de león cuyas flores o cabezas de semillas no están en tallos, sino que están cerca del suelo, por lo que esas son las que sobreviven a la siega.

Los nanobots tendrán que reconocer las bacterias diana de alguna manera. Usualmente, eso significa reconocer algo en la superficie de las células bacterianas – proteínas específicas o sitios receptores. (No puede invadir cada célula que encuentre y secuenciar su genoma completo antes de decidir destruirlo).

Los cambios de las proteínas de superficie son normales y comunes. Siempre habrá algunas bacterias individuales en una población que son apenas lo suficientemente diferentes como para que escapen a la atención de estas nanomáquinas hipotéticas, por lo que esas se reproducirán y producirán una generación de bacterias no dirigidas por las máquinas.

Este es el mismo problema que enfrentan los sistemas inmunes. En general, no pueden dirigirse a una amplia gama de células o destruirán las células que no deberían estar destruyendo. Deben ser selectivos en lo que se dirigen, lo que significa que los cambios en la población objetivo conducen a la adaptación y la creación de nuevos patógenos que no están dirigidos. Así que va.

Depende de qué tan sofisticadas sean nuestras máquinas nano. Si están diseñados adecuadamente, y con esto quiero decir BIEN CONTROLADO y ALTAMENTE ROBUSTO, es posible que simplemente superen la evolución de las bacterias.

Por ejemplo, si existiera un nanorobot que fuera capaz de navegar, monitorear y regular el ADN de estas bacterias de manera efectiva, por ejemplo, transmitiendo información genética a una supercomputadora que simule con precisión el organismo, es factible que las mutaciones indeseables puedan ser suprimidas virtualmente. . Esto requeriría computadoras muy potentes y un gran almacenamiento de datos, que probablemente estará disponible con la llegada de la computadora cuántica.

Con esta tecnología también es factible que podamos realizar cirugías en el ADN de organismos multicelulares, por ejemplo, como un supresor general del cáncer y como una cura universal para los trastornos genéticos.

Estas tecnologías, tanto muy útiles como altamente peligrosas, sospecho que están bastante lejos. Pero tengo pocas dudas de que esta es la dirección general de las nanomedicinas en el futuro.

Esta respuesta también se aplica a virus, hongos y parásitos.

En última instancia, no, aunque los nanobots necesitarían ser sofisticados; la cuestión fundamental será encontrar sus objetivos: la evasión es una estrategia crítica para todos los patógenos. En el extremo, esto podría implicar un nanobot en cada célula del paciente, simplemente esperando signos de algo extraño, aunque eso también se combinaría con otros enfoques.

Una estrategia adecuada implicaría una detección robusta y una matanza sólida, sin dejar sobrevivientes a evolucionar.

Bajo esa presión selectiva, la mejor estrategia para el patógeno es ‘no dejes que el nanobot te encuentre’. Es muy posible que Evolution presente soluciones imprevistas a ese desafío, a lo que la respuesta es mejorar las capacidades de detección / ampliar la búsqueda. Eso podría interpretarse como una carrera armamentista temporal, pero con el tiempo habrá cada vez menos trucos que son evolutivamente accesibles para un patógeno dado, en cuyo punto ya no es una carrera armamentista.