Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2020 — Alter, Houghton y Rice, revelando la identidad del virus de la hepatitis C

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El Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2020 fue otorgado a tres personas que identificaron de manera completa el virus causante de la hepatitis crónica de origen desconocido que ocurría tras las transfusiones a finales del siglo XX: la hepatitis C. Harvey Alter, del NIH de EE. UU., demostró mediante experimentos con chimpancés en la década de 1970 que esta enfermedad era causada por un nuevo patógeno, que no era ni tipo A ni tipo B; Michael Houghton, de la Universidad de Alberta en Canadá, obtuvo por primera vez la secuencia del genoma del HCV (Virus de la Hepatitis C) en 1989 mediante clonación molecular directa a partir de plasma infectado sin necesidad de cultivo de tejidos; y Charles Rice, de la Universidad Rockefeller en EE. UU., creó un clon de HCV completamente infeccioso, confirmando finalmente que este virus era el patógeno según los postulados de Koch. La combinación de estos tres descubrimientos cambió fundamentalmente la seguridad de las transfusiones en el mundo y, con la aparición de los antivirales de acción directa (DAA) como el sofosbuvir (Sovaldi) a principios del siglo XXI, la hepatitis C se convirtió en una enfermedad curable.

Una historia distinta al sentido común — Algunos patógenos se ocultaron durante 30 años porque no crecían en tubos de ensayo

La idea de que "los virus se cultivan en cultivos celulares para revelar su identidad" era el estándar del siglo XX. Tras los postulados de Koch, la identidad de la mayoría de los patógenos fue confirmada mediante su aislamiento y cultivo en laboratorio. Sin embargo, el enfoque estándar falló durante más de 30 años con el virus de la hepatitis C. Este virus solo crecía bajo condiciones muy especiales de cultivo de tejidos, y ningún intento de cultivo tuvo éxito. El patógeno existía claramente, pero permanecía en un estado inalcanzable.

Si lo trasladamos a un marco de Ciencias de la Computación (CS), esto fue el desafío de realizar ingeniería inversa a una caja negra donde solo es observable el archivo ejecutable pero no el código fuente. Alter confirmó, mediante la observación del comportamiento (canal lateral), que este archivo ejecutable existía y causaba la infección. Houghton realizó un volcado de memoria de este archivo ejecutable a partir de la sangre de chimpancés infectados para extraer la secuencia de la carga útil (payload). Rice recompiló la secuencia extraída y demostró que realmente se ejecutaba. Solo mediante la combinación de estos tres pasos se confirmó de manera completa la identidad del patante.

La singularidad de esta historia reside en la metodología. Para tratar con un patógeno que no podía cultivarse con éxito, Houghton llevó al límite la tecnología de clonación molecular que había surgido a finales del siglo XX, y este enfoque se convirtió posteriormente en el método de descubrimiento para varios virus no cultivables.

Paisaje de la época — El primer año de la pandemia, un mundo de mascarillas y confinamientos

El año 2020 fue el año en que la humanidad enfrentó la primera gran pandemia del siglo XXI. En enero, el nuevo coronavirus que se propagó en Wuhan se extendió por el mundo, y el 11 de marzo la OMS declaró la pandemia de COVID-19. Confinamientos, escasez de mascarillas, cierre de fronteras, colapso de las salas de urgencias hospitalarias, disparidad en las respuestas nacionales — todo esto se convirtió en una prueba para la comunidad internacional a principios del siglo XXI. El desarrollo de vacunas de ARNm comenzó a una velocidad sin precedentes, y en diciembre, las primeras vacunas recibieron la autorización de uso de emergencia, iniciando una fase de reversión.

Corea del Sur logró un éxito relativo en la respuesta inicial bajo el nombre de K-cuarentena (K-Quarantine). Aunque se experimentó una crisis por la escasez de mascarillas entre enero y abril, la situación se estabilizó posteriormente mediante un sistema de mascarillas públicas, y la combinación de rastreo de contactos y la expansión de las pruebas captó la atención internacional. En las elecciones generales del 15 de abril, el partido gobernante, el Partido Democrático de Corea, obtuvo una victoria aplastante con 180 escaños, lo que se interpretó como un triunfo político de la K-cuarentena. Sin embargo, al ser el primer año de clases en línea en las escuelas, la pérdida de aprendizaje de los estudiantes y el aumento de la desigualdad social surgieron como nuevos problemas sociales.

En el mundo, la muerte de George Floyd en Minneapolis, Estados Unidos, el 25 de mayo, provocó la expansión global del movimiento BLM (Black Lives Matter). Las protestas masivas por la justicia racial se extendieron más allá de Estados Unidos, llegando a Europa y Asia. En las elecciones presidenciales de EE. UU. del 3 de noviembre, Biden derrotó a Trump, pero la falta de aceptación de Trump ante los resultados derivó en el asalto al Capitolio el 6 de enero del año siguiente.

En el mundo tecnológico, el 30 de mayo, la Crew Dragon de SpaceX logró con éxito un lanzamiento tripulado, inaugurando la era de los lanzamientos tripulados por parte de empresas espaciales privadas. En septiembre, "Dynamite" de BTS alcanzó el primer puesto en el Billboard Hot 100, logrando la primera cima para el K-pop.

En la comunidad científica, este premio fue una ceremonia de premiación simbólica de la era de la pandemia. Esto se debe a que la hepatitis C ha sido una infección viral crónica que ha atormentado a la humanidad durante los últimos 30 años, y el punto culminante de esta historia —la aparición de los DAA curables— fue precisamente un caso de éxito en la respuesta a enfermedades infecciosas crónicas a finales del siglo XX. Ante la nueva crisis de la COVID-19, este caso de éxito actuó como una señal de esperanza. Se convirtió en la base del optimismo de que cuando se descubre un virus, eventualmente aparecerá un tratamiento. De hecho, este optimismo se confirmó al lograrse el éxito decisivo en el desarrollo de la vacuna de ARNm al año siguiente.

Narrativa de personajes — Tres etapas de 30 años, el descubrimiento completo de un patógeno

Harvey Alter (1935~ ) nació en Nueva York, Estados Unidos. Obtuvo su M.D. en la Universidad de Rochester y se estableció en el Centro Clínico del NIH. Su época fue la de la rápida expansión de las transfusiones en la práctica clínica, lo que trajo consigo la hepatitis postransfusional como una grave complicación. Aunque ya se conocían la hepatitis A (transmisión fecal-oral, recuperación aguda) y la hepatitis B (transmisión sanguínea, potencial cronicidad), se sospechaba que una parte considerable de las hepatitis postransfusionales eran causadas por un nuevo patógeno ajeno a ambos tipos.

El experimento decisivo de Alter fue la transmisión de la infección en chimpancés. Demostró empíricamente que al inyectar sangre de pacientes con hepatitis postransfusional en chimpancés, estos desarrollaban una hepatitis similar, y probó que la capacidad de transmisión se mantenía incluso si la sangre era neutralizada con anticuerpos contra la hepatitis A y B. Esto fue una evidencia sólida de la existencia de un nuevo patógeno, al cual denominó hepatitis no-A, no-B (non-A non-B hepatitis). El problema era que ningún laboratorio había logrado cultivar este patógeno para identificar su identidad.

Michael Houghton (1949~ ) nació en el Reino Unido y posteriormente se mudó a Canadá. Dirigió su propio equipo de investigación en la empresa de biotecnología Chiron, en California. Su enfoque fue audaz e innovador. Ante el fracaso del cultivo celular, intentó un método que consistía en crear una biblioteca de cDNA directamente a partir del plasma de chimpancés infectados para extraer sus secuencias. Esta fue una aplicación extrema de la clonación molecular, recién establecida en aquel entonces, y tras años de fracasos, logró el éxito en 1989.

El truco decisivo de cribado consistió en utilizar sueros de pacientes infectados para realizar un cribado de las proteínas recombinantes producidas a partir de dicha biblioteca de cDNA. Dado que el suero de los pacientes contiene anticuerpos contra las proteínas del patógeno, al encontrar la proteína recombinante que se une a esos anticuerpos, el cDNA que codifica dicha proteína sería un fragmento del genoma viral. Con este método, el equipo de Houghton anunció en un artículo de Science de 1989 la obtención del primer fragmento del genoma del VHC, y posteriormente se completó la secuencia del genoma completo. Fue el primer genoma viral descubierto mediante clonación sin necesidad de un cultivo previo.

Charles Rice (1952~ ) nació en Sacramento, Estados Unidos. Obtuvo su licenciatura en la UC Davis y su doctorado en el Instituto de Tecnología de California (Caltech), estableciendo posteriormente sus propios laboratorios en la Universidad de Washington y la Universidad Rockefeller. Su reto era la última etapa: "¿Es la secuencia genómica encontrada por Houghton realmente infecciosa? ¿Es seguro que este virus causa la enfermedad?"

El equipo de Rice intentó durante varios años crear clones infecciosos del VHC: formas del genoma de ARN del VHC reconstruidas en el laboratorio capaces de causar una infección real. Inyectaron combinaciones de varias partes del genoma del VHC en chimpancés, pero la mayoría de los intentos no lograron producir la infección. Finalmente, descubrieron que una secuencia específica del 3' UTR es esencial para la infecciosidad y completaron un clon infeccioso completo que incluía dicha secuencia. Al inyectar este clon en chimpancés, se produjo una infección típica por VHC, lo que completó la prueba final, bajo los postulados de Koch, de que "esta secuencia genómica es el patógeno".

Estas tres etapas se completaron a lo largo de 30 años: la demostración de la existencia del patógeno por Alter (década de 1970), la obtención de la secuencia genómica por Houghton (1989) y el clon infeccioso por Rice (finales de la década de 1990). El Premio Nobel fue un reconocimiento a estas tres etapas y se convirtió en el modelo de una historia completa del descubrimiento de un virus.

Logros clave — Ingeniería inversa de caja negra bajo el marco de CS

Si representamos el pipeline de descubrimiento del virus de la hepatitis C, obtenemos lo siguiente:

• Etapa 1 (Alter, observación de canal lateral): En casos de hepatitis postransfusional, se excluyeron los patógenos A y B, y se demostró la existencia del agente causal restante mediante la transmisión de la infección en chimpancés. Aunque no se conocía la identidad del patógeno, se obtuvo evidencia de que este estaba en ejecución.
• Etapa 2 (Houghton, extracción de la carga útil desde un volcado de memoria): Extracción de ARN total del plasma de chimpancés infectados → construcción de una biblioteca de cDNA mediante transcripción inversa → expresión de proteínas recombinantes → cribado con anticuerpos del suero de pacientes → identificación de fragmentos codificantes de proteínas del patógeno → expansión al resto del genoma. Obtención de la secuencia genómica únicamente mediante clonación molecular, sin necesidad de cultivo celular.
• Etapa 3 (Rice, compilación del clon infeccioso): Ensamblaje de la secuencia obtenida para fabricar un clon infeccioso completo → reproducción de una infección normal mediante inyección en chimpancés → cumplimiento de los postulados de Koch.

Estas tres etapas representan el método ortodoxo para el descubrimiento de patógenos: "observación → obtención del genoma → reproducción de la infecciosidad". Sin embargo, en el caso del VHC, fue decisiva la innovación metodológica de omitir el cultivo celular en la etapa 2. Este enfoque se consolidó posteriormente como el estándar para el descubrimiento de diversos patógenos no cultivables.

El propio VHC es un virus de ARN de la familia Flaviviridae. Su genoma consiste en una cadena sencilla de ARN de aproximadamente 9600 nucleótidos, con un único marco abierto de lectura (ORF) grande que se traduce en una poliproteína y posteriormente se escinde en varias proteínas maduras. Entre estas proteínas maduras se encuentran NS3 (proteasa), NS5A (regulación de la replicación) y NS5B (ARN polimerasa); estas tres serán las dianas de los futuros antivirales de acción directa (DAA).

Si representamos la arquitectura de la cronicidad tras la infección, obtenemos lo siguiente:

• Infección aguda: El HCV invade los hepatocitos y provoca hepatitis aguda. Aproximadamente el 20～30% de los infectados se recuperan de forma natural en esta etapa.
• Infección crónica: El 70～80% restante progresa hacia un estado de infección crónica. El HCV se replica continuamente en los hepatocitos, causando hepatitis crónica.
• Fibrosis hepática → Cirrosis: La inflamación crónica progresa hacia fibrosis hepática y cirrosis a lo largo de 20～30 años.
• Carcinoma hepatocelular: El carcinoma hepatocelular se desarrolla en algunos pacientes con cirrosis. El HCV es una de las principales causas de cáncer de hígado en el mundo.

La llegada de la era de los DAA representa una inversión completa de esta arquitectura. Comenzando con sofosbuvir (Sovaldi, aprobado por la FDA en 2013), se han desarrollado diversas terapias combinadas como harvoni (sofosbuvir + ledipasvir) y epclusa (sofosbuvir + velpatasvir); el estándar de tratamiento actual muestra una tasa de curación superior al 95% con una administración oral de 8～12 semanas. Este es el caso de éxito más dramático en el tratamiento de enfermedades infecciosas crónicas de finales del siglo XX, y la transición de la baja eficacia y los graves efectos secundarios del tratamiento con interferón del siglo XX hacia una terapia oral curable constituye el punto álgido clínico de esta historia.

También es necesario señalar las limitaciones de esta analogía. El hecho de que la transición desde el descubrimiento del HCV hasta su cura tomara entre 30 y 50 años nos recuerda que el descubrimiento de una nueva enfermedad infecciosa no conduce necesariamente a un tratamiento rápido. La aparición de la vacuna de ARNm contra la COVID-19 en cuestión de meses fue un éxito excepcional, gracias a la infraestructura tecnológica de vacunas acumulada desde finales del siglo XX y a la base de la biología molecular tras el Proyecto del Genoma Humano. El intervalo entre el descubrimiento y el tratamiento de cada patógeno depende en gran medida del stack tecnológico de su época.

Por qué es importante — Seguridad transfusional, la era de los DAA y las lecciones de la era de las pandemias

En primer lugar, un cambio fundamental en la seguridad transfusional mundial. Tras el descubrimiento del HCV, se desarrolló la prueba de anticuerpos contra el HCV, que se convirtió en el estándar para el cribado de sangre donada a partir de la década de 1990. Posteriormente, la adición de las pruebas de ácido nucleico (NAT) aumentó aún más la seguridad, y hoy en día la infección por HCV mediante transfusión está prácticamente erradicada a nivel mundial. Este es un caso decisivo de mejora de la seguridad en la medicina transfusional de finales del siglo XX.

En segundo lugar, la posibilidad de curación en la era de los DAA. El tratamiento con peginterferón + ribavirina del siglo XX era una terapia con una eficacia del 40～50% y efectos secundarios graves. La terapia DAA del siglo XXI consiste en una administración oral de 8～12 semanas, con una tasa de curación superior al 95% y efectos secundarios mínimos. Es el primer caso en el que una infección viral crónica se ha convertido en una enfermedad curable, sirviendo como punto de referencia para las estrategias de curación de otras enfermedades infecciosas crónicas (hepatitis B, VIH, etc.).

En tercer lugar, el objetivo de la OMS para la erradicación del VHC en 2030. En 2016, la OMS adoptó el objetivo de erradicar la hepatitis C como amenaza para la salud pública para 2030. Esto busca reducir las nuevas infecciones en un 90 % y las muertes en un 65 % mediante pruebas continuas, tratamiento temprano y prevención de contagios. Diversos países están ejecutando planes nacionales hacia este objetivo, y algunos como Egipto y Georgia ya han logrado grandes avances mediante programas nacionales a gran escala.

En cuarto lugar, se convirtió en el estándar de la metodología de descubrimiento. El método utilizado por Horton, que consiste en la clonación molecular directa a partir de muestras infectadas sin necesidad de cultivo tisular, se empleó posteriormente para el descubrimiento de varios patógenos no cultivables y fue el antecesor conceptual de la metagenómica actual —el método de secuenciar masivamente todos los genes de una muestra para identificar genes de patógenos—. El hecho de que el genoma del SARS-CoV-2 (COVID-19) se obtuviera apenas unas semanas después de su aparición fue gracias a una forma evolucionada de esta metodología.

En quinto lugar, es un punto de referencia para la respuesta a crisis en la era de las pandemias. La historia del VHC muestra un desfase de 30 años entre el descubrimiento del virus y la aparición de tratamientos. El desarrollo ultrarrápido de la vacuna contra la COVID-19 fue un evento excepcional, ya que la mayoría de las nuevas enfermedades infecciosas requieren un tiempo considerable desde su descubrimiento hasta la llegada de un tratamiento. Esto deja la lección de que la respuesta a las enfermedades infecciosas exige, más allá del descubrimiento en sí, apoyo continuo a la investigación y el mantenimiento de la infraestructura clínica.

En sexto lugar, su impacto clínico en Corea. Hasta finales del siglo XX, Corea presentaba una de las prevalencias más altas de hepatitis B y C en el mundo. La hepatitis B disminuyó significativamente gracias a la vacunación nacional, y la hepatitis C se volvió curable con la introducción de los AAD (antivirales de acción directa). El Seguro Nacional de Salud incluyó los AAD en su cobertura a partir de 2015 y, tras la expansión de los chequeos nacionales y el acceso al tratamiento, el número de pacientes con hepatitis C crónica ha disminuido considerablemente.

En séptimo lugar, el valor cultural de una historia completa de descubrimiento de un patógeno. La historia de Alter, Horton y Rice ilustra las tres etapas ideales del descubrimiento de un patógeno: demostración de su existencia, obtención del genoma y reproducción de la infectividad. Esto constituye el modelo metodológico que debemos seguir al enfrentarnos a nuevos patógenos y se ha convertido en una referencia de manual en la era de las pandemias.

La historia de un patógeno descubierto en 30 años y convertido en una enfermedad curable tras 40 años fue reconocida con el Premio Nobel durante el primer año de la pandemia. Si se descubre un virus, eventualmente surgirá un tratamiento: este optimismo es condicional, pero es un hecho demostrado, y su condición es el apoyo continuo a la investigación y la cooperación internacional. El momento en que el vigésimo Premio Nobel de Fisiología o Medicina del nuevo siglo dio fundamento a este optimismo fue este reconocimiento.

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