Czytaj książkę: «La criptología de la enfermedad»

Capítulo 1. Los errores innatos: enfermedades raras, pero cercanas a nosotros

Las leyes de la genética aplican, aún si te rehúsas a aprenderlas.

ALISON PLOWDEN

Lerrores innatos del metabolismo (EIM) pueden estar en nosotros, en nuestra familia, en nuestro entorno. Cuando usted sale a la calle, encuentra personas de talla muy baja, otras muy altas, unas extremadamente delgadas, otras muy gordas, algunas con defectos óseos notorios, individuos con deficiencias cognitivas evidentes, con problemas de visión o auditivos. A primera vista, muchas personas no tienen signos evidentes, pero sufren calambres, dolores articulares, vómitos frecuentes asociados con intolerancia a ciertos alimentos; niños de pelo blanco y otros con problemas en la piel. Es posible que usted conozca primos o parientes cercanos que fallecieron a muy temprana edad, cuyo crecimiento, aparentemente normal, se detuvo abruptamente y presentó un deterioro progresivo, o que sencillamente no se desarrollaron como los demás niños y fueron deteriorándose paulatinamente hasta que murieron. Otras personas que conoce fueron normales durante la mayor parte de su vida y después de un trauma, o una operación, empezaron a presentar síntomas psiquiátricos. Quizá conoce dos hermanos gemelos con la misma enfermedad, uno con características muy severas y el otro con clínica muy leve. Tal vez alguna familia cercana ha presentado una enfermedad cuya causa no se ha podido precisar y que se ha convertido en un calvario de incertidumbres, dudas y culpas para sus miembros. Si se identifica con alguna de las situaciones mencionadas, es probable que haya estado en presencia de un error innato del metabolismo.

Lucrecio, poeta romano que vivió entre los años 99 a. C.–55 a. C., en su poema De Rerum Natura escribió:

“Lo que para unos es comida, para otros es amargo veneno”.

Con esta frase, Lucrecio —en el siglo I— pareciera que hubiere descrito líricamente lo que hoy sabemos que sucede con muchos EIM, enfermedades en las cuales los alimentos indispensables para el crecimiento normal de los individuos como las proteínas, los carbohidratos y los lípidos pueden, en quien los padece, desatar crisis de diferente índole, inclusive causarle secuelas severas e irreparables.

En la fenilcetonuria, un EIM, la fenilalanina, aminoácido esencial para el crecimiento de los individuos, puede originar en ellos deficiencias en el desarrollo cognitivo. En los desórdenes del ciclo de la urea, que son defectos en el catabolismo de los aminoácidos, el consumo de proteínas puede llevar rápidamente a coma y muerte por toxicidad.

En algunas personas, la falta de lactasa produce intolerancia a la leche, alimento necesario para el normal desarrollo de los niños. En la galactosemia, las personas no pueden consumir galactosa, un azúcar que está presente en la leche o sus derivados, pues su ingesta les produce daño hepático y cataratas, entre otras complicaciones. En las enfermedades mitocondriales, el paciente no puede almacenar energía, por lo tanto, cada una de las células del cuerpo carece de combustible para sus actividades, se presenta hipotonía generalizada, incapacidad para levantar la cabeza o contraer los músculos; es lo que se le denomina el “niño flácido”.

Existe un grupo de enfermedades denominadas “por atesoramiento o de depósito”, en que la falta de una enzima hace que se almacenen anormalmente sustancias como el glucógeno —una macromolécula que en el organismo sirve para almacenar glucosa—, y cuando se almacena anormalmente en el hígado, en el músculo o en el cerebro, produce daño en dichos órganos.

El nacimiento de un nuevo campo de la medicina: los errores innatos del metabolismo

El origen de los EIM es genético, y su sintomatología es muy diversa; algunos comprometen un solo órgano como el hígado, otros afectan dos, por ejemplo, el músculo y los glóbulos rojos, mientras otros afectan prácticamente cada una de las células del cuerpo, y por lo tanto su sintomatología es generalizada. Algunos EIM, como la alcaptonuria, son prácticamente asintomáticos: la persona que tiene el defecto genético la mayor parte de su vida no presenta manifestaciones físicas visibles o presenta manifestaciones moderadas como el ennegrecimiento de la orina. Las acidemias orgánicas pueden llegar a afectar funciones que son indispensables para la vida. Hay casos en que dichas anomalías afectan al individuo desde antes de su nacimiento.

Aunque algunos de los EIM ya habían sido descritos clínicamente, fue solo hasta comienzos del siglo XX cuando Sir Archibald Garrod desarrolló una teoría que explicaba las causas endógenas de estas enfermedades y se anticipó a proponer métodos de diagnóstico y tratamientos imposibles de llevar a cabo con las tecnologías existentes en esa época (1).

Hacia finales del siglo XIX y comienzos del XX, Garrod encontró algunos pacientes que sufrían un desorden conocido como alcaptonuria, y excretaban en su orina una sustancia que se ennegrece al ser expuesta a la luz. También estudió otros grupos de pacientes, los albinos, como otros afectados por cálculos renales no debidos a gota y otros que no procesaban el azúcar de la fruta y lo excretaban en la orina (ver capítulo 2).

A partir de esas cuatro enfermedades, elaboró en 1908 una teoría unificadora para explicar su origen, consecuencias y tratamientos (1, 3). Posteriormente, en 1923, incluyó otros tres EIM, con los que amplió, actualizó y perfeccionó su teoría (4).

Garrod concluyó que en todas las células ocurrían muchísimos procesos metabólicos cuyo objetivo final era producir moléculas necesarias para su funcionamiento y que cada una de las reacciones que ocurren en la célula normalmente está catalizada por una enzima,^I pero en los EIM, la persona nace con un defecto que lleva a que se sintetice una enzima que no funciona normalmente, originando bloqueos totales o parciales en las vías metabólicas, produciendo acumulación anormal de sustancias que pueden ser muy nocivas. Anotó, además, que estos defectos acompañarían al paciente durante toda la vida (5).

En el año de 1934, Ivar Folling encontró que en la fenilcetonuria, una enfermedad originada por un defecto en el metabolismo de la fenilalanina, se activa una vía metabólica alterna en la que se producen dos compuestos: los ácidos fenilpirúvico y feniláctico, a los que culpó de las deficiencias en el desarrollo cognitivo de esos pacientes. Los hallazgos de Garrod y Folling señalaron el camino para el descubrimiento posterior de un gran número de errores innatos del metabolismo (EIM), entre ellos las enfermedades de depósito del glucógeno, los desórdenes del ciclo de la urea, las aminoacidopatías y otras cuyos estudios han enriquecido la ciencia básica y la medicina. En la actualidad han sido identificados cerca de quinientos EIM y en la medida que avanza el estudio científico de estas enfermedades, su número crece rápidamente (5, 6).

Los errores innatos del metabolismo (EIM). Explicación para no iniciados

Un EIM se puede imaginar como un derrumbe que se produce en una vía muy concurrida que conduce a un sitio importante; como consecuencia, se interrumpe el paso al sitio deseado. En algunos casos, los vehículos pueden tomar vías alternas y luego de un viaje agobiante arribar a su destino; en otros, las vías alternas pueden conducir a destinos diferentes al originalmente planeado.

Un EIM es bioquímicamente un bloqueo en una vía metabólica que impide total o parcialmente la formación de un producto P a partir de un precursor A (figura 1-1).

Figura 1-1. Representación de bloqueos en un camino metabólico. A es glucosa, una sustancia indispensable para proveer energía a todas las células del cuerpo, especialmente al cerebro, cuyo funcionamiento normalmente depende de la disponibilidad de ese azúcar. P puede ser una macromolécula de reserva como el glicógeno, que es la forma en que almacenamos glucosa En ayuno, el glucógeno libera la glucosa almacenada (flecha roja). La interrupción de la síntesis del glucógeno por defectos en la enzima X hará que el individuo no tenga reservas de glucosa para su funcionamiento durante el ayuno. El bloqueo en la degradación X hace que el glicógeno no pueda liberar glucosa, se produce acumulación exagerada de glicógeno que daña los tejidos. B y D se incrementan a causa del bloqueo, E y F son metabolitos de una ruta alterna que se activa cuando se produce el bloqueo entre D y P.

Si en el camino metabólico se libera energía, su interrupción privará al organismo del combustible necesario para el funcionamiento de los músculos y otros órganos del cuerpo. En algunos caminos metabólicos se sintetizan lípidos, proteínas, ácidos nucleicos u otras moléculas indispensables para la formación de las células nerviosas.

Cuando se presenta un bloqueo en algún camino metabólico, en vez de llevar a la síntesis de las moléculas requeridas por el organismo, puede suceder que se acumulen otras sustancias (E y F) muy tóxicas para un tipo específico de células, para varios tejidos o, inclusive, para todo el organismo (figura 1-1). Si las sustancias acumuladas anormalmente son nocivas para el cerebro, se pueden producir deficiencias en el desarrollo cognitivo, si son tóxicas para el hígado se producirá hepatomegalia o cirrosis, y si se almacenan en algún músculo, se pueden producir calambres.

Las vías alternas que surgen como consecuencia de un bloqueo, y que llevan a la síntesis de E y F en la figura 1-1, pueden ser francamente indeseables. Por ejemplo, un error innato del metabolismo en la síntesis del cortisol^II puede tomar una vía alterna que conduce a las síntesis de compuestos androgénicos. En consecuencia, la persona afectada presentará hipoglicemia, pérdida de agua y sal, así como la aparición de caracteres sexuales masculinos, lo que en una niña pueden manifestarse como pseudohermafroditismo severo.

¿Cómo comienza un error innato del metabolismo?

Que un hijo se parezca a sus padres, que comparta con sus progenitores algunas características visibles como el color de los ojos o del pelo, es un fenómeno fácilmente observable que se conoce desde la antigüedad. Un padre de nariz aguileña y una madre de cejas pobladas, probablemente engendren un hijo con esas dos características.

Ha sido también evidente que una célula de la piel que se pierde es reemplazada por otra completamente idéntica, lo cual da cuenta de la fidelidad de la reproducción de las células y de los organismos vivos. Sabemos que luego de la exposición a la radiación ultravioleta del sol pueden ocurrir daños en el material genético de miles o millones de células, la mayoría de las cuales son muy eficientemente reparadas gracias al admirable mecanismo de corrección y edición que poseen las propias células. Otros tipos de radiaciones como la radiactividad y los rayos X o la exposición a ciertas sustancias químicas también pueden alterar el material genético, pero muchos de esos cambios no reparados dañan el material genético de las células germinales de las personas y esos daños pueden ser trasmitidos a los descendientes (5, 7, 8).

Nuestro material genético, el ADN, está constituido por una secuencia de bases nitrogenadas, ordenadas en genes que contienen exones (porciones que se expresan en las proteínas) e intrones, cuya función aún se desconoce en gran medida. Los genes durante su replicación pueden sufrir inserciones o rearreglos grandes o pequeños, o reubicación de bases o por acción de sustancias químicas, de las radiaciones ultravioleta o de la radiación ionizante, así como deleciones pequeñas. El efecto sobre la función de la proteína no es directamente proporcional al tamaño de la mutación en el gen. Un solo cambio en un gen que tiene 8000 o más bases es suficiente para que se produzca una pérdida total en la actividad, y en otros casos son inocuos dependiendo del sitio del gen donde ocurren. Haciendo una analogía simple, un cambio en el plano de un vehículo en el sitio donde debe ir el escudo distintivo de marca permitirá que el automotor funcione sin dificultad, pero un cambio en el diseño del distribuidor de energía hará que el vehículo no funcione.

Hoy conocemos que los genes determinan en gran medida cómo vamos a ser (altos, bajos, sanos, enfermos, propensos a las arrugas), pero son las proteínas las que traducen las instrucciones contenidas en los genes. Las mutaciones en los genes causan daños en las proteínas, con pérdida o alteración de sus funciones específicas. Por ejemplo, si se produce una mutación en el gen que codifica la hormona del crecimiento, se producirá enanismo o quizá gigantismo, pues las mutaciones pueden producir decremento o incremento en la actividad biológica de la proteína. Si el daño afecta el colágeno, la persona sufrirá de hiperelasticidad, lo que permitirá estirar la piel de los pómulos de tal manera que se pueda cubrir con ella toda la cara, o que puedan doblar las extremidades y adoptar posiciones imposibles de lograr por quienes no tienen este defecto. Los contorsionistas, que se pueden tocar la boca con los codos, que se doblan y acomodan en cajas muy pequeñas, son ejemplos de estos defectos. Las enfermedades del colágeno también se han observado en vacas y otros animales en los que la cola parece hecha de caucho y se puede estirar mucho más de su tamaño normal. Como cada proteína puede participar en una o varias reacciones, el efecto sobre la fisiología del individuo puede afectar un solo tipo de células o todos los tejidos del cuerpo.

Aunque las mutaciones pudieron heredarse de nuestros antepasados desde hace varios miles de años, pueden también aparecer en nosotros por primera vez, lo que se conoce como una mutación de novo, es decir, que no proviene de nuestros padres ni antepasados. Por ejemplo, la exposición prolongada y excesiva a rayos X, a la radiación ultravioleta o a mutágenos podría causar una mutación de novo; estas corresponden a menos del 3 % de las mutaciones conocidas (8, 9).

Los cambios en la secuencia del ADN que producen sintomatología clínica se denominan mutaciones, en tanto que los que no se manifiestan clínicamente se llaman polimorfismos y ocurren aproximadamente en cada 1000 pares de bases (10) (es decir, no hay dos individuos con el mismo ADN). La severidad clínica de un daño genético no depende de qué tan grande es el cambio producido en el material genético. Por ejemplo, en un tipo de la enfermedad de Prader-Willi se presenta una deleción de toda una región en el cromosoma 15, que comprende varios genes. Este defecto afecta al hipotálamo —región del cerebro que regula el crecimiento y el apetito y donde se producen hormonas— y la persona puede presentar deficiencias cognitivas leves o moderadas y problemas como obesidad, diabetes y baja estatura. La mayoría de personas que padecen esta enfermedad son infértiles, pero pueden llevar una vida no incapacitante (11).

En contraste, en las enfermedades de Tay Sachs o Gaucher tipo 12, una mutación puntual (una sola base) en el gen de la enzima hexosaminidasa A o glucocerebrosidasa puede producir en la persona problemas neurológicos muy graves, incluso la muerte temprana (12, 13).

De otra parte, las alteraciones en los genes algunas veces son muy sutiles, imperceptibles desde el punto de vista clínico; otras son incompatibles con la vida, de tal forma que la gestación termina en aborto poco tiempo después de la concepción, o en manifestaciones clínicas tempranas poco después del nacimiento.

El error innato del metabolismo puede manifestarse en el recién nacido, así como en personas que han llevado una vida completamente normal y que con el pasar de los años comienzan a presentar sintomatologías no atribuibles a trauma o al proceso normal de envejecimiento. Pero al examinar cuidadosamente su historia clínica y familiar es frecuente encontrar que uno o varios parientes próximos han sufrido enfermedades similares, bien sean de aparición temprana o tardía. En muchos casos, a esos individuos se les ha diagnosticado erróneamente otras enfermedades, quizá más frecuentes, que tienen síntomas y características parecidas (14).

Pero ¿en qué se diferencian los EIM de las otras enfermedades genéticas?

Desde el punto de vista molecular, los errores innatos del metabolismo son defectos muy pequeños que no producen alteraciones visibles cuando se examinan los cromosomas en el microscopio de luz o con el microscopio electrónico. Su identificación inicialmente se puede hacer midiendo el producto que no se sintetiza normalmente o las sustancias que se acumulan por el bloqueo del camino metabólico. Hay otras alternativas como medir la proteína o enzima, cuantificar la acumulación de productos o hacer el análisis de ADN; estos análisis aislados no dan la información necesaria para decidir —fuera de toda duda— qué error innato del metabolismo sufre el paciente. Un buen especialista combina los resultados bioquímicos con los moleculares y en ocasiones pruebas farmacológicas o nutricionales para lograr el diagnóstico. En cierta forma, cada diagnóstico de un EIM es un proceso de investigación; en unos se llega rápidamente a identificar su causa molecular, en otros se requieren muchos ensayos y análisis y en otro número significativo de pacientes no se logra precisar su causa (5, 15-17).

¿Cómo sospechar y diagnosticar un error innato del metabolismo?

Los síntomas de un EIM pueden ser muy inespecíficos: vómito, diarrea, falta de energía para el ejercicio, fatiga, dolores musculares, convulsiones, retardo en el desarrollo, discapacidad intelectual, síntomas de intoxicación o de infección. Por lo tanto, para diagnosticar un defecto que se manifiesta por signos y síntomas que se presentan en muchas enfermedades, se requiere una observación muy rigurosa de las causas desencadenantes y seguir una ruta secuencial y lógica de pruebas de laboratorio.

Entender las causas de un defecto determinado señala el camino para el diagnóstico por el laboratorio. En la figura 1-1, es claro que tenemos varias aproximaciones posibles: podríamos analizar la elevación de los compuestos antes del bloqueo, es decir, el aumento en la sustancia D, o la disminución de las moléculas que están después del bloqueo, P en nuestro ejemplo.

Estas fueron las primeras aproximaciones usadas para identificar los EIM. Los precursores del campo desarrollaron métodos químicos muy laboriosos para su cuantificación, mediante los cuales aislaban y purificaban las sustancias de la orina de los pacientes. En ocasiones las cristalizaban, medían su poder de rotación óptica, determinaban su peso molecular, etc., lo cual implicaba un grado alto de refinamiento en los análisis físico-químicos (18).

En ausencia de modelos experimentales, en muchos casos los propios investigadores o sus auxiliares asumieron el papel de controles “normales”. Ellos consumían algunas de las sustancias que se creía estaban incrementadas a consecuencia del bloqueo, por ejemplo B (figura 1-1), y luego buscaban y medían en la orina o en las heces el producto P y comparaban esos resultados con los de los pacientes. Se esperaba que los individuos sin ningún tipo de patología podrían metabolizar esos intermediarios, en tanto que los afectados los excretaban en la orina sin modificar. También medían las variaciones en la excreción de P con la ingesta de diferentes tipos de dietas (19).

Uno que otro investigador o “voluntario” ofició como conejillo de indias con riesgos y consecuencias a veces muy nocivas para su salud. Actualmente, existen regulaciones para frenar esas riesgosas prácticas y proteger al ser humano (tanto paciente como investigador), impidiendo la realización de este tipo de experimentación en uno mismo, en los subordinados y en los pacientes, a menos que se haya demostrado la inocuidad de la sustancia almacenada, o que se trate de algo que se consume ordinariamente en los alimentos. La confirmación de los caminos metabólicos en bioquímica ha sido posible gracias a la existencia de los errores innatos del metabolismo en los humanos y animales como gatos, perros, ovejas o cabras (20-26), pero, después de la década de los treinta del siglo pasado, se logró determinar que vías metabólicas como la glicólisis, la respiración y la síntesis y degradación de aminoácidos están presentes en toda la escala evolutiva, excepto en los virus, y se comenzó a utilizar a las bacterias y levaduras —en vez de sujetos humanos o mamíferos— para el estudio de las transformaciones bioquímicas producidas por alteraciones en el material genético (27, 28).

Los errores innatos del metabolismo se descubrieron midiendo las sustancias bioquímicas que se acumulan anormalmente o los productos que no se sintetizan. Esta continúa siendo la aproximación inicial en las enfermedades de los carbohidratos, aminoácidos, ácidos orgánicos y defectos en el metabolismo del amonio. Basados en los resultados bioquímicos o en la clínica, en algunos EIM para los cuales hasta ahora no hay marcadores bioquímicos apropiados se procede con la medición de la actividad enzimática (X), la que se realiza usando sustratos específicos para cada enzima; si la enfermedad afecta fundamentalmente al músculo o al hígado, la mejor muestra para hacer la medición enzimática serán las células musculares o las hepáticas, respectivamente. En caso de que la misma enzima se exprese también en los glóbulos blancos o rojos, se prefieren las células sanguíneas por su facilidad de extracción y para evitarle al paciente las incomodidades de una biopsia (29, 30). Sin embargo, en los casos en que los resultados de los análisis enzimáticos en células sanguíneas sean dudosos, se tiene que recurrir a las células del tejido directamente afectado.

El análisis enzimático tiene la ventaja de ser un ensayo directo, pues, siendo las proteínas responsables de la acción fisiológica, si su actividad es deficiente, indica claramente que es la causante de la enfermedad.

Teóricamente, entre más disminuida esté la actividad de la enzima, más severo debería ser el fenotipo y más grave el pronóstico. Esto es generalmente cierto; sin embargo, en algunos casos, no hay una estricta relación entre la actividad residual de la enzima y la severidad de la sintomatología, lo cual se explica en parte por las diferencias que hay entre las condiciones en que trabajan las enzimas en las células y la forma en que se determina su actividad en el laboratorio. Generalmente, el análisis enzimático se ha tenido como la prueba de oro para comprobar o descartar un EIM. Cuando la actividad enzimática encontrada es cero o cercana a cero, el resultado es fácil de interpretar; el inconveniente es que en muchos casos los valores encontrados en las determinaciones enzimáticas son hasta 30 % del valor normal, o inclusive se sobreponen con valores encontrados en individuos normales o en portadores asintomáticos de la enfermedad. Por lo tanto, la interpretación de valores enzimáticos en esos rangos puede ser difícil y requiere confirmación con otras pruebas como los análisis de ADN. La determinación enzimática se puede usar para hacer diagnóstico prenatal; no obstante, se requiere tener como controles a células de embriones normales de la misma edad gestacional, que son muy difíciles de obtener.

Como el daño en la proteína está codificado en el gen, otra alternativa es estudiar sus cambios o mutaciones. Esta aproximación solo es posible desde hace algún tiempo, ya que muchos genes no habían sido identificados hace 30 años. Recordemos además que los genes constituyen solo aproximadamente el 2 % del genoma y que existen cerca de 21 000 genes diferentes (31), sin contar los reguladores sobre los cuales poco conocemos y que las mutaciones en un mismo gen pueden ser desde asintomáticas hasta muy severas.

Garrod predijo que buscar un error en un gen era como buscar una aguja en un pajar (1), y no estaba lejos de la verdad. Cuando se está en la búsqueda de una mutación puntual, es estar tras un defecto en un par de bases de los 30 000 millones de pares de bases que constituyen el genoma. A través del proyecto del genoma humano se han identificado todos los genes, pero en uno solo (por ejemplo, el de la fenilcetonuria) se conocen más de 1200 mutaciones, las cuales tienen relevancia distinta para la actividad de la proteína, que al final resulta en un continuo en la severidad de la enfermedad que va desde las variantes asintomáticas a las muy graves. Por lo demás, hay otros factores epigenéticos^III que complican la interpretación de esa información y también el efecto llamado impronta genética, que en algunos casos hace que la expresión del gen dependa de si ha sido heredado del padre o de la madre.

Algunos defectos no se pueden identificar por análisis de proteínas y hay que analizar directamente el gen, puesto que se trata de expansiones de tripletas que se pueden localizar tanto en secuencias codificadoras de los genes (por ejemplo, la enfermedad de Huntington y algunas ataxias espinocerebelosas), como en las no codificadoras (síndrome X frágil, ataxia de Friedreich) (32, 33).

En algunos casos los análisis enzimáticos y de ADN son contundentes para el diagnóstico, mientras que en otros no; de hecho, hay muchas mutaciones que aún se clasifican como variantes de significado incierto (VUS). Con la información clínica, la determinación de los productos que se almacenan y la respuesta a los cambios de dieta o al manejo clínico, es posible precisar el diagnóstico. En otros casos, por ejemplo cuando la información genética alterada está en el ADN no codificante,^IV por falta de un mejor conocimiento sobre esas regiones del genoma humano, aún no es posible llegar al diagnóstico (34).

¿Cómo se tratan los errores innatos del metabolismo?

Usando la aproximación lógica que nos enseñó Garrod, el tratamiento de los EIM se podría hacer limitando los precursores de las sustancias que se acumulan anormalmente, suministrando la proteína o enzima deficiente, reparando el gen y administrando los cofactores de las enzimas en los casos en que el EIM se deba a defectos en su síntesis o reutilización (35).

El primer intento de tratamiento fue la restricción en la dieta del precursor del camino metabólico que se encuentra afectado por el defecto genético. El tratamiento nutricional (restringir la ingesta de A y B en la figura 1-2) ha sido efectivo en los defectos del metabolismo de los aminoácidos, carbohidratos simples, defectos en el metabolismo del glicógeno, lípidos, vitaminas y cofactores. El tratamiento controla los síntomas, no cura la enfermedad y debe continuarse de por vida, permitiendo, en muchos casos, que los pacientes lleguen hasta la tercera edad con una vida libre de complicaciones clínicas mayores (36).

Una segunda aproximación de tratamiento consistiría en remplazar la proteína o enzima defectuosa (X en la figura 1-2). Para hacerlo, se requiere que esa proteína pueda ser aislada en cantidades suficientes, de manera tal que se pueda administrar y llegue al sitio de la célula donde va a actuar. Una de las dificultades es que la membrana plasmática que recubre las células impide la entrada o salida de la célula de las moléculas, especialmente las más grandes, como las proteínas, pero las células tienen transportadores que facilitan ese proceso y también las pueden internalizar por fagocitosis.

Figura 1-2. Fundamento de la terapia de reemplazo enzimático (TRE) y terapia génica (TG). En la TRE se trata de sustituir la proteína X que funciona deficientemente por daño en el gen que la codifica. La proteína usada en un comienzo era aislada de órganos o tejidos animales. Actualmente, la mayoría se sintetizan en células que se reproducen rápidamente, en las cuales se ha insertado el gen humano mediante procedimientos biotecnológicos. En la TG se busca remplazar el gen mutado por un gen normal.

Otro inconveniente es que la célula rechaza lo que no le es propio. Inicialmente se trató a los pacientes con proteínas aisladas de tejidos animales, pero bien pronto se aprendió que el organismo se defendía de esas sustancias extrañas produciendo anticuerpos muy específicos que neutralizan y facilitan su destrucción. Ese mecanismo desarrollado a través de la evolución protege a los humanos y a otros animales de sustancias foráneas. Entre más distantes son los animales en la escala zoológica, mayor es la posibilidad de que sus proteínas sean diferentes. Si se inyecta a un humano insulina de cachalote se produce mayor inmunogenicidad que con la insulina de cerdo o de ratón.

Una vez descubierta la composición y forma de sintetizar proteínas químicamente, se pensó en producir proteínas idénticas a las humanas de esa forma. Algunas proteínas pequeñas como el glucagón se han sintetizado químicamente, pero las enzimas son moléculas muy complejas, por lo que es difícil fabricarlas iguales química y biológicamente a las que sintetizan normalmente las células humanas, usando métodos químicos.

Para tratar a los pacientes era necesario buscar fuentes de proteínas tan parecidas a las humanas como fuera posible, por ejemplo, de la orina o ciertos tejidos como hígado o placenta de cerdo, de bovinos o de humanos, con la condición de que se pudieran aislar en cantidades suficientes para poder inyectar permanentemente en los pacientes, que fueran completamente puras y que no perdieran la actividad en los procesos de purificación.

Cada vez que se trata un paciente con sustancias aisladas de tejidos humanos o animales existe la posibilidad de transmitir virus u otras sustancias extrañas que originen problemas adicionales. En los años 70 se descubrió la forma de identificar y purificar los genes humanos y también la forma de introducirlos en células eucarióticas, para que ellas sinteticen la proteína de acuerdo con la instrucción programada en el gen humano, lo que en teoría debe producir una proteína idéntica a la humana, así se usen células de bacterias, levaduras, células humanas o inclusive de plantas. Pero las bacterias y las levaduras, así se les haya insertado el gen humano, producen proteínas distintas a la humana, no en la secuencia de aminoácidos, sino en las cadenas glicosiladas que hacen parte de las glicoproteínas, que son la mayoría de las proteínas de interés terapéutico (37-40). Gracias a los avances en biotecnología, existen cepas de E. coli y levaduras “humanizadas” que mediante la bioingeniería se ha logrado que produzcan proteínas que tienen las mismas características de las proteínas humanas, no solo en la composición de aminoácidos, sino en otras modificaciones y adiciones que sufren las proteínas una vez que se sintetiza la cadena peptídica. Esas modificaciones hacen que las proteínas sintetizadas en los microorganismos sean virtualmente idénticas a las humanas, lo que permite “engañar” los mecanismos de defensa para que el organismo humano tolere esas moléculas sintetizadas en otras especies y puedan ser usadas en el tratamiento de los errores innatos del metabolismo (41, 42).

Si la proteína se inyecta por vía intravenosa, a su paso por los diferentes tejidos es captada por todas las células que tienen receptores para lo residuos glicosilados o alguna otra forma de reconocerlas, e internalizarla. Por lo tanto, las proteínas para uso terapéutico deben tener señales de direccionamiento que les permitan llegar al órgano que las necesita y no se extravíen en aquellos en los cuales no se requieren (43).

Los organelos de las células (el núcleo, la mitocondria, los lisosomas, los peroxisomas) tienen membranas que los recubren, por lo que la proteína exógena debe atravesar una o varias membranas para llegar al sitio donde actúa y arribar intacta en cuanto a su función. Entonces, el desafío es direccionar esa proteína sin que sea neutralizada por nuestros mecanismos de defensa antes de llegar al sitio que queremos reparar. Sin entrar en detalles, adelantamos que usando proteínas exógenas purificadas, solo ha sido posible tratar, con cierto éxito, cerca de una docena de las enfermedades lisosomales (ver capítulo 11). Los defectos lisosomales por razones estructurales y fisiológicas de la célula son los más fáciles de tratar; aún no hay terapia de reemplazo enzimático para los otros EIM, en algunos casos por complejidades metodológicas, en otros por ser enfermedades muy poco frecuentes que no generan suficiente interés para desarrollar terapias que sean rentables económicamente para una industria acostumbrada a grandes negocios y ganancias, lo que pone de presente las enormes limitaciones que existen y la difícil tarea que hay por delante en cuanto a desarrollo de terapias para enfermedades raras.

El tratamiento con proteínas exógenas tiene además el inconveniente de no ser permanente, ya que se tratan los síntomas, pero no se cura la enfermedad. Lo ideal es el tratamiento mediante terapia génica (TG), que consiste en remplazar el gen, o repararlo, para que ese gen dirija la producción de la proteína con la estructura apropiada y en la cantidad requerida. Esto ha sido un desafío teórico por superar desde finales de la década de los setenta. En un principio parecía muy sencillo, pues se pensaba que una vez se pudiera aislar o sintetizar el gen e introducirlo en las células que lo necesitan, estos se encargarían de la síntesis de la proteína “normal” reparando permanentemente el defecto. A pesar de muchos esfuerzos de investigación, todavía no se han podido solucionar los problemas para que esta terapia sea completamente segura y efectiva.

Para realizar la terapia génica se requiere aislar los genes, multiplicarlos e introducirlos en un vector capaz de transportarlos al interior de las células a reparar. El aislamiento de los genes se logró entre 1974 y 1980. Para transportar el material genético e introducir el gen de interés dentro de las células, se intentaron métodos físicos y químicos que aumentaban la permeabilidad de la membrana celular, pero no han sido eficientes.

Los virus son microorganismos que parasitan la célula y que invaden y usan su maquinaria para producir los ácidos nucleicos y proteínas que necesitan para su reproducción, por lo que se pensó que introduciendo un gen en los virus sería posible usarlos como vectores o vehículos para transportar los genes al interior de las células. Su uso para estos propósitos se propuso teóricamente desde la década de los años sesenta.

Esta forma simplista de concebir la terapia génica (TG) bien pronto tropezó con el inconveniente de que las células y los organismos a través de la evolución han desarrollado mecanismos muy sofisticados de defensa, lo que impide que moléculas no propias —como los virus— nos invadan. Aunque esto ha demorado el desarrollo de la TG, ha permitido avanzar en el conocimiento de los mecanismos de defensa del organismo y la forma de eludirlos cuando se usan con fines terapéuticos.

Dejando de lado los aspectos de rechazo de la terapia, supongamos que queremos tratar un defecto por deficiencia de la hormona de crecimiento que resulta en enanismo. Si el gen no está apropiadamente regulado, se podría producir acromegalia, una forma de gigantismo que puede tener consecuencias clínicas más graves que el enanismo.

La terapia génica entraña muchos riesgos y desafíos desde el punto de vista de los individuos y la sociedad. El insertar genes permite también utilizar la tecnología que se desarrolló con fines terapéuticos para mejorar las características de los individuos con fines cosméticos. Por ejemplo, para aumentar la estatura, mejorar el rendimiento en el deporte o diseñar los bebés al antojo de los padres. Estas nuevas tecnologías no están exentas de riesgos, y la inserción errónea de un gen en el genoma causa problemas graves como la leucemia o puede producir daños en otros genes y la desregularización de otros caminos metabólicos importantes para la célula (44). Stephen Hawking en 1996 afirmó que no ha habido cambios sustanciales en el ADN en los últimos 10 000 años, pero que pronto estaríamos en capacidad de incrementar la complejidad de nuestro récord interno, sin tener que esperar por el lento proceso de la evolución. Agregaba que es legítimo tener una visión más amplia e incluir información, en forma de ADN la evolución de la raza humana, desde el exterior (45).

Desde un par de décadas antes de que Hawking hiciera esas afirmaciones muchos están introduciendo cambios en el genoma humano, unos con fines altruistas de curar la enfermedad, y otros con propósitos egoístas cuestionables como mejorar el rendimiento de los atletas o embellecer la apariencia física de quienes pueden costear esos tratamientos. En cualquier caso, modificar permanentemente el ADN conlleva riesgos impredecibles en sus dimensiones y en su alcance para la especie. Los errores no controlables de estas experimentaciones podrían reversar o interferir con la evolución —que ha mostrado ser sabia para la pervivencia de la vida—, lo que pone de presente la responsabilidad ética y moral que implica modificar nuestra impronta genética. Por esto, desde que se crearon las herramientas fundamentales para modificar los genes, el debate ético ha estado siempre presente, sin que todos hayan hecho caso a las advertencias y llamados a la sensatez y a la ponderación en el uso de esas tecnologías. Esto se discute en los capítulos 12 y 13.

En este punto, debemos anotar que la terapia génica se propuso en un comienzo para curar algunos errores innatos, pero rápidamente se derivó para el tratamiento de otras enfermedades más comunes como el cáncer y las infecciones por microorganismos, en las que existe un mayor número de pacientes y, por consiguiente, un mayor interés comercial para el desarrollo de medicamentos. Decir que estas terapias han evolucionado solo gracias a los errores innatos del metabolismo sería presuntuoso, pero ignorar la fundamental contribución de los EIM, en su concepción y desarrollo, también sería injusto o necio.

Relación genotipo–fenotipo

Hubo una época en la historia de los errores innatos del metabolismo en que se hizo demasiado énfasis en la relación entre el genotipo y el fenotipo, es decir, entre la estructura del gen y las características observables externamente. Se pensaba esencialmente que lo que somos está programado en el gen y que las influencias medioambientales no inscritas en los genes eran más propias de las enfermedades multifactoriales, pero no de las enfermedades monogénicas. Luego se evidenció que, por ejemplo, hermanos gemelos idénticos, homocigotos, pueden presentar un EIM con diferente grado de severidad; en unos puede ser muy grave y en otros estar atenuado, lo cual llevó a pensar en factores no genéticos que influirían y serían determinantes para la expresión de los genes. Actualmente, sabemos que aun en los EIM los factores medioambientales juegan un papel muy importante para determinar la severidad y el curso de la enfermedad.

Se sabe también que hay muchos factores epigenéticos determinantes en la expresión de los EIM y que es muy difícil predecir su severidad o pronóstico, basados en el estudio del ADN. Hoy se conoce bien solo menos del 3 % del total del genoma que constituye los genes; falta entender el otro 97 %, que constituye el mal llamado ADN basura, que a medida que se avanza en su conocimiento cobra más protagonismo en la comprensión de la regulación de los genes y para entender la evolución.

Modelos animales de los errores innatos del metabolismo

Los errores innatos de metabolismo no son exclusivos del ser humano. Desde los tiempos de Garrod se conocen el albinismo en primates (figura 1-3, panel izquierdo) y la cistinuria en perros. Se han identificado perros y gatos con deformidades óseas que sugerían y en efecto tenían alguna de las mucopolisacaridosis. En el año 1982 ya se había identificado bocio congénito en ovejas y vacas, cistinuria en perros y mucopolisacaridosis en ratones, gatos, perros, cerdos, ganado vacuno y otras especies.

Hoy, con las técnicas de biología molecular se pueden inactivar los genes o introducir mutaciones muy específicas para inducir prácticamente cualquier error innato del metabolismo en la especie animal que se elija, con el fin de producir modelos animales que se han de usar en investigación. En la figura 1-3, panel derecho, se presenta un ratón fenilcetonúrico no tratado, se observa que tiene pelo claro, característico de la fenilcetonuria, y otro de la misma camada, tratado con terapia génica, que ya ha recobrado gran parte del color negro del pelo.

Inicialmente, los modelos animales se diseñaron y usaron para probar los medicamentos antes de hacerlo en humanos. Pero con frecuencia el modelo animal, usualmente el ratón, no reproduce exactamente la sintomatología del humano, debido a que la distribución de las enzimas varía de especie a especie. Por ejemplo, en la enfermedad de Morquio tipo IV-A, una enfermedad con deformidades óseas generalizadas, los ratones en los cuales se ha inducido la enfermedad mutando el gen respectivo no presentan los defectos óseos que se presentan en humanos.

Por razones éticas en los últimos años se ha restringido el uso de animales para experimentación. Para sustituir su uso, se comenzó a trabajar en cortes de tejidos de órganos como hígado, piel o riñón; luego en células cultivadas a partir de tejidos de pacientes o en los organelos tales como la mitocondria, lisosoma, núcleo, etc. Es claro que, para algunos efectos, los modelos celulares no remplazan al animal completo, pues no es posible observar efectos como la secreción de hormonas, las interacciones compensatorias ni los efectos sobre órganos distantes al sitio donde se origina el EIM que sufren alteraciones secundarias.

Figura 1-3. A Gorila albino llamado Copito de Nieve, que vivió en el zoológico de Barcelona cerca de 32 años, hasta su muerte. A y D ratones normales, B y E ratones fenilcetonúricos no tratados, C y F ratones fenilcetonúricos tratados. Se puede apreciar el color claro del pelo característico de esa enfermedad. En los ratones C y F fenilcetonúricos de la misma camada tratados con terapia génica se puede ver la recuperación del color del pelo, muy parecido al del control normal. Tomado de (46).

Presente y futuro de los errores innatos

Los errores innatos que primero se observaron como frecuentes en la población fueron los de presentación severa, como la fenilcetonuria clásica y la anemia de células falciformes; poco a poco se fueron encontrando variantes atenuadas hasta llegar al concepto moderno, según el cual la mayoría de los EIM —desde el punto de vista clínico— se pueden definir como un continuo que va desde las presentaciones casi asintomáticas hasta las muy severas que comprometen la vida del paciente, lo que indica que las reacciones y los caminos metabólicos interactúan tratando de compensarse o agravando la situación. Estas interacciones y flujos metabólicos, que desde hace tiempo han venido estudiando los bioquímicos, con el advenimiento de las nuevas metodologías que permiten medir en tiempo real lo que pasa en las células, han dado origen a un nuevo campo de estudio: la metabolómica, que rápidamente enriquece el conocimiento de los EIM, pero que, salvo contadas excepciones, todavía no es posible usarla para hacer diagnósticos de los EIM sin la ayuda de otras metodologías como la genómica (47, 48).

En la actualidad ha sido posible cruzar —en forma experimental— los datos del genoma (contenido de ADN del organismo), el proteoma (conjunto de proteínas), el metaboloma (conjunto de moléculas) y el epigenoma (modifica la expresión del genoma) para obtener una mirada más completa del desarreglo metabólico que originan las mutaciones. Cada una de esas técnicas, por separado y en conjunto, aporta muchísima información que es difícil de integrar sin la ayuda de tecnología computacional robusta y de personas muy bien entrenadas para su interpretación, razón por la cual se encuentran muy pocos centros con esas capacidades en el mundo.

Gracias a la globalización, estas técnicas, costosas y fuera del alcance de la gran mayoría de pacientes, están llegando a los países en vía de desarrollo y se avizora que en un futuro no lejano será posible disponer de laboratorios con personal bien entrenado en esas disciplinas para abordar el estudio de estas enfermedades con la calidad y los tiempos de respuesta requeridos para que esa información se use oportunamente en el adecuado manejo del paciente (49). Esto demanda, aún, mucha educación médica.

A este arsenal debemos agregar el estudio del microbioma,^V pues el ser humano en sí mismo es un bioma que habitan más de 100 trillones de microorganismos (diez veces más que las células del cuerpo) que nos protegen contra gérmenes, liberan energía y producen vitaminas.

Epílogo

La fidelidad en la trasmisión de la información genética es absolutamente necesaria para la conservación de los caracteres heredados de padres a hijos. A través de la vida, las células crecen, se dividen y mueren. En el transcurso de la vida las células se copian miles y millones de veces. En dicho proceso pueden suceder cambios no patogénicos o mutaciones en el material genético a causa de radiación, exposición a sustancia químicas y a errores o cambios inducidos durante el proceso de división de las células, entre otros. Las mutaciones que producen los EIM han sido consideradas por algunos como experimentos que hace la naturaleza, y para otros como cambios adaptativos necesarios y convenientes para la evolución.

Enfermedades genéticas hay muchas, se calculan cerca de 10 000, y de ellas, aproximadamente 1500 corresponderían a EIM. Presumiblemente, estas serían las enfermedades genéticas más fáciles de entender y tratar, puesto que son defectos monogénicos, es decir, que comprometen un solo gen, en tanto que en las otras enfermedades el daño es en varios genes (poligénicas) o tienen otros determinantes asociados, por lo que se les denomina multifactoriales.

Los errores innatos del metabolismo pueden ser el modelo más simple para estudiar la forma de curar permanentemente el daño genético. Por ello, han servido como guía para estudiar y entender, por extrapolación, mucho de lo que hoy en día se conoce sobre las otras enfermedades genéticas.

La historia de los EIM comenzó hace algo más de cien años, progresó lentamente en la primera mitad del siglo XX y avanzó rápidamente en la segunda. Ha sido motor para muchos descubrimientos y para el desarrollo de la inmunología, bioquímica, biología molecular y de terapias que se aplican a muchas enfermedades.

Existe la esperanza de que estas enfermedades se puedan curar en forma definitiva mediante la terapia génica o la edición de genes, pero qué tan cerca está la cura definitiva, no lo sabemos. Es la historia de la salud y la enfermedad rara, también de las ventajas y riesgos de haber aprendido a manipular —a nuestro antojo— el código de la vida.

Se trata de unas enfermedades que pueden estar o sobrevenir en nuestras familias y por tanto usted o yo podemos ser beneficiarios de las poderosas tecnologías que se han desarrollado para detectarlas y enfrentarlas, o, por el contrario, tener que ver pasar el tiempo sin que llegue un tratamiento efectivo. Hace algunos años podíamos identificar muchas de ellos, pero no había tratamiento; en las últimas décadas se ha logrado detener la progresión para muchos de ellos y prevenir la sintomatología, por lo que podemos mirar al futuro con optimismo.

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I En los tiempos en que Garrod hizo sus descubrimientos y formuló la teoría de los errores innatos del metabolismo, ya se conocía la existencia de las enzimas: en 1833 se describió la acción de la diastasa sobre el almidón. En 1835 Berzelius acuñó el término “catalítico” para describir el papel de las enzimas. Sin embargo, a comienzos del siglo XX aún no se conocía su estructura, la forma en que funcionaban y cómo estaban codificadas las instrucciones para su síntesis. Solo hasta el año 1925 fue posible producir de forma pura una enzima; James Sumner logró producir ureasa a partir de habichuelas, por lo cual le fue otorgado el Premio Nobel de Química en 1947.

II Es una hormona contrarreguladora de la insulina que eleva los niveles de glucosa en la sangre, y ayuda a evitar la pérdida de agua y de sal en el organismo.

III Factores que modifican la actividad del ADN sin alterar su secuencia.

IV Parte del ADN que no codifica por proteínas y que por desconocer su papel se llamó junk ADN. Los avances recientes muestran que tiene un papel muy importante.

V Conjunto de microbios y sus genes que habitan en nuestro cuerpo.

Capítulo 2. Sir Archibald Garrod (1857-1936): precursor de la medicina moderna

Descubrir algo significa mirar lo mismo que está viendo todo el mundo y percibirlo de manera diferente.

ALBERT SZENT-GYORGYI

Lecciones de lógica para sospechar, diagnosticar y tratar una enfermedad

En el año 1889 un médico londinense atendió un paciente de tan solo tres días de nacido, hijo de padres primos entre sí, y cuyos pañales se ennegrecían al ser expuestos a la luz del sol. La coloración anormal en la orina del recién nacido llamó la atención del médico, que no estaba dispuesto a dejar pasar esa circunstancia sin hallarle una explicación satisfactoria. Descartó que se tratara de una transformación química por medio de bacterias y, estudiando la historia familiar, dedujo que el “error” era de carácter congénito y no transmisible.

El médico se llamaba Archibald Garrod, quien cambiaría el concepto de enfermedad que prevalecía hasta entonces. Como él mismo lo afirmara en 1923, “nosotros hemos concebido la patología en términos de la ‘célula’, pero ahora empezamos a pensar en términos de la molécula”. Garrod introdujo la idea del origen químico de la enfermedad.

Hijo de una familia londinense prominente, más allá de ser médico de profesión, era una mezcla entre químico, científico y políglota. Garrod tenía entrenamiento en ciencias y su familia tenía una conexión profunda con ellas: su padre era médico, interesado en el laboratorio; su hermano era un eminente biólogo, y uno de sus más cercanos amigos y consejeros —Sir Frederick Gowland Hopkins— era experto en pigmentos y vitaminas.

La enfermedad que tenía este paciente había sido descrita previamente en 1858 por Boedeker y se le había dado el nombre de alcaptonuria, debido a que el bloqueo en el camino metabólico hace que se almacene un compuesto que habían denominado alcapton (hoy ácido homogentísico). En los pacientes alcaptonúricos, el ácido homogentísico es excretado en cantidades anormales en la orina, haciendo que este se ennegrezca con la luz solar. En quienes no padecen esta patología, este ácido no se acumula en la orina, pues se trata de un intermediario que en el camino metabólico es rápidamente convertido en otras sustancias y termina transformándose en CO₂, agua y energía. Garrod, muy acuciosamente, revisó todos los casos identificados con ese desorden y logró compilar la información de cerca de 45 individuos que presentaban la misma sintomatología.

Garrod encontró que el defecto en los pacientes a que nos referimos se debía a un bloqueo en la vía de degradación de dos aminoácidos muy importantes que comparten la misma vía de degradación en la célula: la fenilalanina y la tirosina. Dedujo que en los pacientes alcaptonúricos el bloqueo en la vía metabólica no permite la degradación completa del anillo bencénico de esos dos aminoácidos, y que en las personas afectadas por la enfermedad produce la acumulación del ácido homogentísico, que se ennegrece al contacto con la luz del sol.

Revisando los datos de parentesco, calculó que de 50 000 personas consanguíneas solo había 6 con alcaptonuria. Al contrastar las estadísticas de consanguinidad en Londres, Garrod observó que el desorden era más frecuente en aquellas familias en las que había matrimonios entre primos y se preguntó: ¿por qué al fenómeno conocido de que la consanguinidad en los matrimonios aumenta la posibilidad de que los hijos presenten ciertas enfermedades no se le han buscado explicaciones científicas? ¿Qué peculiaridad hay en esos padres para que sus hijos presenten alcaptonuria?

Garrod examinó varios pacientes adultos y encontró que el compuesto que se almacenaba, el alcapton, no era tóxico y eventualmente se acumulaba en las articulaciones produciendo artritis. También observó que los padres eran normales y no excretaban ácido homogentísico en cantidades apreciables.

Antecedentes

Antes de adentrarnos en las teorías de Garrod conviene examinar los precedentes en el estudio de la genética, estudios que se habían realizado muchos años atrás en plantas y que permanecían en el olvido.

Mendel. El padre de la genética

Por el año 1865, el monje Gregor Mendel estableció los fundamentos de la genética. Mendel nació en 1822 en Heinzendorf, un poblado del entonces Imperio austrohúngaro,^I en el seno de una familia campesina pobre y fue bautizado con el nombre de Johann. Su padre, un agricultor, le enseñó a cultivar árboles y a hacer injertos entre diferentes especies de plantas (1).

Asistió a una escuela rural ubicada cerca de su casa, hasta la edad de once años. Uno de sus maestros, impresionado por su capacidad para aprender, recomendó a su familia enviarlo a la escuela secundaria en Troppau, una localidad un poco distante de su casa donde se graduó con honores a los dieciocho años. Luego estudió dos años en el Instituto de Filosofía de la Universidad de Olmutz, a casi 40 millas de su casa natal, siendo un estudiante aventajado, especialmente en física y matemáticas. Alternó sus estudios con la enseñanza para cubrir sus necesidades económicas. Durante esa época sufrió quebrantos de salud que después fueron diagnosticados como lo que se conoce hoy como depresión.

En 1843, contra los deseos de su padre, quien quería que regresara a ayudar con las labores de la finca, comenzó a estudiar para ser monje. Se afirma que Johann, además de su vocación, quizá tuvo como gran motivación para entrar al convento su deseo de tener ayuda para continuar sus estudios. Una vez se hizo monje en el convento agustino de Brno, adoptó el nombre de Gregor y fue enviado a estudiar a Viena para que se cualificara en la carrera docente. En la Universidad de Viena estudió química, física y biología. Mendel reprobó dos veces los exámenes orales para graduarse como profesor de enseñanza secundaria. A su regresó a Brno, ocupó el cargo de profesor de física durante 16 años.

El convento de Brno era en ese entonces un centro cultural de la región. Allí, Mendel disfrutaba de una biblioteca y de un huerto que había iniciado el monje superior. Se dedicó en ese huerto de dos hectáreas a hacer cruces, usando más de 28 000 plantas de guisantes en experimentos que duraron cerca de ocho años. Dicha escogencia se debió a que hay muchas variedades de guisantes y sus plantas son fáciles y rápidas de reproducir. Llegó a cultivar hasta 22 variedades diferentes de guisantes; cruzó plantas con características opuestas: las de tallo corto con las de tallo largo; lisas con rugosas; unas de semilla color verde con otras de color amarillo, encontrando que la pigmentación amarilla de las semillas aparecía en todas las plantas de la primera generación, en tanto que el verde no lo hacía.

Al darse cuenta de que el color que desaparecía en la primera generación reaparecía en la segunda, Mendel propuso que el color estaba determinado por dos factores:^II uno que era el responsable del color verde y otro del amarillo. También observó que una de las coloraciones aparecía en todas las generaciones, en tanto que la otra aparecía y desaparecía. Al rasgo que era intermitente en su aparición lo llamó recesivo y al que permanecía en todas las generaciones lo llamó dominante. Otro tanto sucedía con siete características que podían diferenciarse bien en sus experimentos, como el tamaño de la planta, el color de la flor, la forma de la vaina, la superficie lisa o rugosa de la semilla. Basado en sus observaciones, Mendel propuso tres leyes que se conocen como las leyes de la herencia.

La primera ley establece que: si se cruzan dos individuos, un homocigoto dominante con uno recesivo para un determinado carácter, los descendientes de la primera generación serán todos iguales fenotípicamente al progenitor de genotipo dominante.

La segunda ley establece que durante la formación de los gametos, cada alelo se separa del otro miembro. Mendel dedujo esta ley al cruzar individuos heterocigotos (diploides con dos variantes alélicas del mismo gen): Aa, y pudo observar que en la primera generación obtenía muchos guisantes de piel amarilla y otros de piel verde; comprobó que la proporción era 3/4 de color amarilla y 1/4 de color verde (3:1). Aa X Aa = AA, Aa, Aa, aa.

En la tercera ley, Mendel postuló que diferentes rasgos son heredados independientemente unos de otros, no existe relación entre ellos, por lo tanto, el patrón de herencia de un rasgo no afectará al patrón de herencia de otro. Esta tercera ley se manifiesta con más claridad en la segunda generación de individuos.

Para estar más seguro de sus hallazgos, Mendel envió sus resultados al botánico suizo Karl von Nageli, uno de los biólogos más importantes de la época, quien le sugirió repetir sus experimentos en plantas del género Hieracium.^III Sin embargo, estas se reproducen por partenogénesis^IV y, por tanto, su reproducción es distinta a la reproducción sexuada de las plantas de guisantes, impidiendo que Mendel pudiera reproducir en las plantas Hieracium los experimentos hechos con guisantes.

Posteriormente, Mendel fue nombrado superior del convento; abandonó sus experimentos y, según algunos biógrafos, murió un poco desencantado de sus resultados experimentales con plantas e ignorado por el mundo científico. Sus trabajos fueron citados solo tres veces durante los treinta años siguientes.

En 1902, Carl Correns, Hugo de Vries y Erich von Tschermak, experimentando con plantas, creyeron haber encontrado algo nuevo, pero según el mismo Correns: “Me convencí a mí mismo de que el monje Gregor Mendel en Brno, durante los años sesenta, había obtenido los mismos resultados en experimentos muy extensos llevados a cabo en guisantes y había dado las mismas explicaciones hasta donde era posible en 1866”(2).

Garrod. El padre de los errores innatos

Archibald Garrod vivió entre 1857 y 1936. Fue pionero de la medicina científica. Desde muy temprana edad mostró su vocación por la ciencia. Estudió ciencias naturales y química en la Universidad de Cambridge y luego medicina en St. Bartholomew Hospital, en Londres. Posteriormente, vivió un año en Viena, donde aprendió técnicas científicas modernas en medicina. En 1885 obtuvo su grado de Medicina y un máster en Ciencias de Oxford; fue aceptado como miembro del Royal College of Physicians. Trabajó por veinte años en los hospitales Marylebone General Dispensary, West London Hospital, St. Bartholomew’s Hospital, Great Ormond Street Hospital for Children y Alexandra Hospital for children with Hip Disease.

En el ámbito personal, se casó con Laura Elizabeth Smith en el año 1886. Tuvo cuatro hijos: tres hombres, dos de ellos murieron durante la época de la guerra, y una mujer, Dorothy Garrod, eminente arqueóloga y primera mujer en ser profesora en Cambridge.

Frederick Gowland Hopkins (1861-1947). Bioquímico inglés. Trabajó junto a Christiaan Eijkman, con quien recibió el Premio Nobel en Fisiología o Medicina en el año 1929 “por su descubrimiento de elementos esenciales necesarios en la dieta animal para mantener la salud”, o vitaminas, término acuñado después por Casimir Funk, un bioquímico polaco. La mayoría de su carrera académica la realizó en Cambridge, en química fisiológica, cuando aún la bioquímica no era reconocida como una disciplina propia. Garrod reconoció que sus trabajos con Hopkins fueron fundamentales en su carrera científica. En su laboratorio trabajaron Luis Leloir, Sir Hans Krebs y Albert Szent-Gyorgyi, quienes también recibieron el Premio Nobel y cuyo trabajo fue fundamental en el desarrollo de los EIM.

Sir Archibald Garrod (1857-1936). Médico inglés. Propuso la teoría de los errores innatos del metabolismo. Predijo la mayoría de los hallazgos científicos fundamentales que se han logrado en el último siglo sobre estas enfermedades. Sus enseñanzas no tuvieron eco durante su tiempo y fue solo unos diez años después de su muerte que Beadle y Tatum reconocieron la importancia de sus enseñanzas. Su teoría la elaboró basado en cuatro desórdenes. Hoy en día se conocen cerca de 1500.

Influencias en la vida de Garrod

Sir Archibald Garrod tuvo la fortuna de vivir en un ambiente muy propicio para la generación de nuevo conocimiento. Interactuó con grandes científicos de su época. Su padre, Alfred Garrod, desarrolló una técnica para determinar el ácido úrico en sangre, la orina y otros fluidos biológicos, lo que le permitió deducir que la gota se debe a un defecto temporal o permanente en la excreción del ácido úrico; asoció su acumulación con el vino, la buena vida y la falta de ejercicio. Este método le permitió distinguirla de las otras enfermedades reumáticas, las que clasificó como fiebre reumática aguda y subaguda. En la actualidad, Alfred Garrod es reconocido como el padre de la reumatología moderna (3, 4). La influencia de su padre en su formación se refleja en el hecho de que la tesis para el grado de médico fue sobre artritis reumatoidea y en 1890 publicó un tratado sobre el reumatismo y la artritis reumatoidea.

El hermano mayor de Archibald, Alfred Henry (1846-1879), fue un destacado zoólogo. Era amigo del hijo de Charles Darwin. Murió prematuramente a la edad de 33 años de tuberculosis. Para entonces había publicado 73 artículos y ostentaba dos títulos de Profesor Regio^V (5, 6).

Uno de los mentores y amigo personal de Archibald Garrod fue Sir Frederick Gowland Hopkins, experto en pigmentos y considerado uno de los grandes pioneros de la bioquímica (6). Dentro de su trabajo experimental, Hopkins alimentó animales con dietas que contenían sacarosa, caseína, manteca de cerdo, minerales y agua, y que, según las teorías prevalentes, eran suficientes para el crecimiento animal. Adicionalmente, a la mitad de esos animales les suministró leche. Basado en esos experimentos, en el año de 1912 propuso que para el crecimiento de los animales se necesitaban pequeñas cantidades de otros “factores alimenticios accesorios”.^VI

William Bateson (1861-1926). En su libro Mendel's Principles of Heredity (1902) rescató las ideas de Mendel que habían sido ignoradas por más de treinta años.

Su colaboración con Garrod fue muy importante para mostrar que las Leyes de Mendel se cumplen en humanos. Sugirió a Garrod que el tipo de herencia en la alcaptonuria se ajustaba bastante a los principios de la herencia auto-sómica recesiva que Mendel había descubierto en sus experimentos con plantas (8).

Hopkins descubrió el triptófano y el glutatión. Demostró el papel del ácido láctico en la contracción muscular, una de sus contribuciones más importantes a la ciencia y la medicina. Desarrolló un método para la determinación del ácido úrico, que se usó por muchos años. En 1929 recibió el Premio Nobel de Medicina por su trabajo sobre las vitaminas (7).

Garrod también fue amigo y colega de William Bateson, botánico reconocido, director del Jardín Botánico de Londres y fundador de la genética moderna.

En la publicación de Garrod sobre alcaptonuria (1902), hecha en The Lancet, se lee: “Recientemente ha sido señalado por Bateson que las leyes de la herencia descubiertas por Mendel dan cuenta de dicho fenómeno [la herencia recesiva en la alcaptonuria] (9). Cuando un carácter recesivo se encuentra con uno de tipo dominante el organismo resultante exhibirá el carácter dominante mientras que si dos caracteres recesivos se encuentran el carácter recesivo se manifestará necesariamente en el cigoto” (10). En una cita que hizo Garrod en 1909, tomada de una conferencia de Bateson del mismo año en la Royal Society, se lee: “Dos primos usualmente portan los mismos gametos que al aparearse se encuentran y llevan a que se manifieste en el cigoto el carácter recesivo peculiar, esto hace que el apareamiento de primos sea una condición favorable para que un carácter recesivo se manifieste”.

En el Museo Bateson, en Londres, se guarda una carta que Garrod le envió sobre las familias alcaptonúricas. Bateson, a pesar de que su formación de base era la botánica, se interesó en el estudio de varias enfermedades y colaboró estrechamente, no solo con Garrod, sino con otros médicos, especialmente oftalmólogos y dermatólogos, y en su libro Mendel's Principles of Heredity (2nd edition, 1909) cita como enfermedades probablemente mendelianas dominantes a la epidermólisis bullosa, la aniridia, xantomas, las cataratas congénitas, braquidactilia, corea de Huntington; entre la recesivas están el albinismo y la alcaptonuria, y como ligadas al sexo, la ceguera al color (daltonismo) y la distrofia muscular pseudohipertrófica (distrofia muscular de Duchenne).

Garrod extendió el concepto de recesividad a las seis enfermedades que publicó en la segunda edición de su libro Inborn Errors of Metabolism de 1923: alcaptonuria, pentosuria, cistinuria, albinismo, hematoporfiria y esteatorrea congénita.

La sinergia entre Garrod y Bateson destaca la importancia del trabajo interdisciplinario, hoy fundamental para la resolución de problemas complejos.

Algunos postulados de Garrod

En su libro Inborn Errors of Metabolism (figura 2-1), publicado en 1909, presentó sus teorías sobre los errores innatos del metabolismo (EIM) alrededor de cuatro enfermedades: alcaptonuria, pentosuria, cistinuria y albinismo (11). En la segunda edición (1923) (12) incluyó también a la hematoporfiria congénita y la esteatorrea congénita.

Con base en la segunda edición de su libro, en la cual hizo muchas afirmaciones valederas y audaces que aún se mantienen vigentes, presentamos algunos comentarios sobre las primeras cuatro enfermedades que le sirvieron de fundamento para elaborar sus teorías de los errores innatos del metabolismo.

Figura 2-1. Facsímil de la primera edición del libro Inborn Errors of Metabolism.

Alcaptonuria

Como referíamos a comienzos del capítulo, a finales del siglo XIX le fue remitido a Garrod un paciente recién nacido. A las 52 horas de su nacimiento, detectaron que su orina se ennegrecía al exponerla a la luz solar debido a la exagerada excreción de ácido homogentísico, compuesto cuyo metabolismo está alterado en la alcaptonuria.

La alcaptonuria se debe a la acumulación de ácido homogentísico en los fluidos biológicos, produciendo orina, lágrimas y otras secreciones de color negro; su acumulación en las articulaciones se llama ocronosis. Además de esa incómoda situación con la orina y de la presencia del pigmento oscuro en el cerumen y en el ojo, algunos pacientes no presentan más síntomas durante la infancia, pero a medida que pasa el tiempo, el ácido alcaptonúrico se va acumulando en las articulaciones produciendo artritis, problemas cardiovasculares tales como valvulitis, fibrosis, calcificación, pérdida de la audición y desórdenes genitourinarios como cálculos renales y falla renal. El fenómeno del ennegrecimiento de la orina y algunas de las propiedades químicas del compuesto que origina esa coloración habían sido descritos anteriormente. En efecto, Garrod, en su tratado de 1923, refiere que en el año 1609 un médico de apellido Schenck describió a un monje que presentaba color negro peculiar en su orina. Narra también que Alexander Marcel, en una publicación de 1823, retrató cuidadosamente este fenómeno en un niño que desde el nacimiento excretaba orina que se ennegrecía al dejarla un tiempo a la luz, y en 1854 Scribonius había reportado un escolar sano que excretaba orina de coloración negra (13).

Aprovechando su formación como científico, Garrod desarrolló un método para determinar la cantidad de ácido homogentísico e hizo un detallado estudio químico de lo que sucedía en estos pacientes. Confirmó que las personas que no padecían esta patología y a quienes se les administraba exógenamente ácido homogentísico no lo excretaban en la orina, mientras que los alcaptonúricos lo excretaban sin metabolizarlo. Concluyó que en el metabolismo normal de la fenilalanina y la tirosina se forma el ácido homogentísico, que es destruido por una enzima deficiente en estos pacientes. La naturaleza de las enzimas no se conocía y para entonces se les llamaba fermentos, pues fueron descubiertos en levaduras. Estudió minuciosamente no solo a sus pacientes, recopiló todo lo que había en la literatura científica al respecto, juntó sus observaciones y las de sus contemporáneos y predecesores, y en 1902 publicó en The Lancet un artículo en el que describía la enfermedad. Posteriormente amplió sus hallazgos en sus publicaciones de 1908 y 1923, en las que sostiene que la alcaptonuria se debe a un defecto en la enzima que rompe el anillo de la tirosina y la fenilalanina, haciendo énfasis en que esta es más frecuente en hijos de padres consanguíneos, y en que el ácido homogentísico no era producido por la acción de las bacterias sobre la orina, como se creía por entonces (15-19).

El defecto enzimático en el caso de la alcaptonuria propuesto por Garrod solo pudo ser verificado hasta en el año 1958 por La Du y colaboradores, quienes publicaron ese año su artículo “La naturaleza del defecto en el metabolismo de la tirosina en alcaptonuria” (19). Entre el postulado de Garrod sobre el defecto en la enzima y la confirmación de La Du, pasaron 56 años.

En el año de 1993, Pollak y colaboradores descubrieron el gen de la enzima homogentísico oxidasa, lo que permitió —91 años después— la confirmación total de la predicción de Garrod: que la acumulación del ácido homogentísico es producida por una alteración en una proteína producto de un daño en el gen HGD situado en el cromosoma 3 (20).

Algunos individuos alcaptonúricos presentan solo síntomas muy atenuados de la enfermedad y la única manifestación reconocible puede ser el ennegrecimiento de la orina. Otros casos pueden presentar también problemas articulares, lo que muestra la heterogeneidad en la presentación genética, que ya había anticipado Garrod cuando propuso en su tratado de 1909 la individualidad química y afirmaba que no hay enfermedades sino enfermos, enfatizando que cada paciente afectado por un EIM es y se debe tratar como un caso independiente y diferente.

Pentosurias

Son errores innatos del metabolismo de los carbohidratos, derivados de un defecto en el metabolismo de las pentosas.^VII Es un desorden asintomático que ordinariamente se diagnostica en el laboratorio cuando se encuentra en la orina acumulación anormal de otros carbohidratos como la glucosa en personas con sospecha de diabetes mellitus.

Garrod, en su libro Inborn Errors of Metabolism, dentro del capítulo que le dedica a este desorden, anotó: “A pesar de que se sabe que la Pentosuria persiste por muchos años sin causar problemas de salud, la evidencia de seguimiento desde el nacimiento es muy incompleta. Es sorprendente que solo se detecta por el poder reductor de la orina de niños que de vez en cuando se examinan buscando la presencia de azúcares”. “Algunos pacientes se han seguido durante al menos 10 años hasta la edad de 60 y después, periodo durante el cual no se agravó su condición”. “En cuanto a la prognosis de la pentosuria, es muy temprano para hablar de ello, pero la impresión [que] prevalece entre los estudiosos del tema [es] que no es muy perjudicial. Sin embargo, la historia de la alcaptonuria nos debe llevar a ser cuidadosos al adoptar ese punto de vista” (13).

En otro aparte afirma: “Es claro que el diagnóstico correcto en los casos de pentosuria tiene una importancia práctica real. Si no se hace el diagnóstico, el paciente será sometido a los inconvenientes de restricción dietaria que se prescribe en la diabetes y que cuando no es necesaria es francamente indeseable”.

De los errores innatos descritos por Garrod, la pentosuria es, quizá, el menos estudiado. Su prevalencia es más común en los judíos askenazis. Se ha confirmado que es autosómico recesivo y se caracteriza por la excreción elevada del azúcar de cinco átomos de carbono L-xilulosa. En 1970 se descubrió que era producida por un defecto en la enzima L-xilulosa reductasa. La pentosuria es completamente asintomática. Antes de que se inventara un método específico para medir los niveles de xilulosa, la prueba que se usaba para medir azúcares en orina no discriminaba entre glucosa y xilulosa, y muchos pacientes pentosúricos fueron tratados como diabéticos, lo cual se solucionó con una prueba que desarrolló Margaret Lasker en 1933 para determinar xilulosa. Estudios recientes muestran que la enzima L-xilulosa reductasa es codificada en el gen DCXR, localizado en el brazo largo del cromosoma 17. En un estudio que hizo sobre la prevalencia de la pentosuria en judíos askenazis en Nueva York, Lasker encontró que la frecuencia de pentosuria en la población judía, en la cual es más prevalente, era de 1:3 300 individuos (21-23). Todos estos estudios confirman, en cierta medida, las predicciones de Garrod.

Albinismo

El albinismo es una condición en que la persona afectada tiene hipopigmentación de la piel, los cabellos y los ojos. La mayoría de las personas afectadas llevan una vida normal, era conocido por los griegos y los romanos. Se sabe que la melanina, pigmento negro que da coloración a la piel, protege contra los efectos nocivos de la radiación. Garrod reseñó los experimentos hechos por Beckel y Tasawa sobre el efecto de la luz en la piel de animales albinos y las consecuencias de la exposición a la luz de lámparas de mercurio durante dos horas diarias en conejos normales, que mostraron un aumento en glóbulos rojos y en la hemoglobina de su sangre, mientras que los conejos albinos tratados en forma similar solo mostraban un ligero aumento en esos parámetros sanguíneos (12). Garrod describió el bloqueo en la síntesis de la melanina y la ausencia de este pigmento en la piel y cabellos de los albinos; atribuyó el defecto a la carencia de una enzima específica en las células de estas personas y sugirió que esta era responsable del defecto en los animales albinos y quizá también en el vitiligo. Garrod afirmó que, a diferencia de los otros errores innatos que se manifiestan por problemas en la excreción, el albinismo es diferente, pues se debe a la falta de sustancias que son constituyentes normales de ciertos tejidos.

El albinismo ha probado ser mucho más complejo de lo que se consideraba inicialmente. En 2013 fueron clasificados siete tipos distintos: albinismo oculocutáneo (OCA), que afecta la piel, los ojos y el cabello, y albinismo ocular, fundamentalmente (OA). Algunos tipos de OCA y OA se heredan en forma autosómica recesiva. Algunos tipos de OA se heredan ligados al cromosoma X; otras formas de albinismo, con fenotipos más severos que comprometen otros caminos metabólicos como en el síndrome de Hermansky–Pudlak (HPS) y síndrome de Chediak–Higashi (CHS), que son menos comunes que los OCA y OA. Actualmente, se ofrecen paneles moleculares de más de 55 genes para el diagnóstico diferencial del albinismo y que incluyen otros defectos genéticos asociados con la hipopigmentación de herencia autosómica dominante.

Entre estos genes hay algunos que codifican por las enzimas melanogénicas, por receptores específicos, por transportadores al sitio donde se sintetiza la melanina (el melanosoma) y un número grande de genes asociados con proteínas comprometidas en la síntesis de lisosomas, etc. (24).

A pesar de los avances en el conocimiento de la enfermedad, aproximadamente el 20 % de los individuos con albinismo no han podido ser clasificados molecularmente. Se conocen cerca de 400 genes asociados con la pigmentación, de los cuales solo el 4 % se ha vinculado al albinismo, poniendo de manifiesto la complejidad de esa entidad que antes se creía muy simple y sobre la cual hay mucho por descubrir y aprender. El albinismo se ha encontrado en varios animales: elefantes, primates, cebras, ardillas, etc. El ratón albino ha sido especialmente valioso para el estudio de la enfermedad.

Cistinuria

Enfermedad caracterizada por la producción de cálculos renales que se manifiesta por cólicos o infecciones, excreción urinaria con cantidades anormales de cistina, lisina, ornitina y arginina, y mala absorción intestinal de esos aminoácidos.

Algunos de los pacientes no desarrollan síntomas, otros en cambio presentan cálculos renales desde temprana edad. Los episodios agudos se presentan con dolor abdominal o en la parte baja de la espalda, hematuria, piuria^VIII y evacuación espontánea de cálculos.

En las dos ediciones del libro Inborn Errors of Metabolism, Garrod hizo una minuciosa descripción de lo que se conocía hasta entonces sobre la cistinuria, anotando lo observado por otros autores y los frutos de su propia experiencia. Detalla lo que otros habían visto en cuanto al color y olor de la orina de esos pacientes y concluye que para él lo que ha sido obvio es el olor particular azufrado de la orina (11, 12).

Son llamativos los avances respecto al conocimiento de la cistina, cuya estructura ya había sido identificada. Los métodos utilizados para ello incluían la precipitación de cristales en la orina de los pacientes mediante un sencillo procedimiento que se utiliza aún hoy en día en el laboratorio.

Usando la información disponible en la literatura y sus propias observaciones, concluyó que el defecto, además de comprometer el metabolismo de la cistina, involucra los aminoácidos lisina y ornitina y se debe a “un proceso de desaminación realizado en varios tejidos por la acción de enzimas que parecen diferir en su modo de acción, lo que puede ser la clave de las diferencias observadas en casos individuales de cistinuria” (11).

Agregó además lo siguiente: “Pareciera que cuando, por cualquier razón, los aminoácidos escapan a este cambio inicial (desaminación), no hay un mecanismo alternativo disponible para manejarlos y entonces son excretados sin modificación” (25, 26).

Hoy se conocen dos genes: el SLC3A1 y el SLC7A9, que codifican por las dos subunidades del transportador epitelial de esos aminoácidos, por lo que un defecto en esos genes origina problemas en la reabsorción renal de la cisteína y de los aminoácidos dibásicos lisina y ornitina. Dado que la cistina es el aminoácido más insoluble, se forman en el riñón cálculos de cistina que son muy difíciles de disolver. La cistinuria no se debe a un defecto en la desaminación de los aminoácidos como lo predijo Garrod, sino a un defecto en los receptores que permiten su reabsorción en el riñón. El descubrimiento de los receptores se hizo años más tarde. Los defectos en el gen SLC3A1 se asocian con un modelo de herencia autosómica recesiva, en tanto que los defectos en el gen SLC7A9 se asocian con modos de herencia más complejos.

En resumen, a la luz de lo que se conoce actualmente, la cistinuria puede ser trasmitida en forma autosómica recesiva o dominante de penetrancia incompleta (27, 28). Tal vez en la cistinuria fue donde menos acertó Garrod, pero como dice Scriver en una de sus reseñas: “Garrod no pudo descubrir el error de la función en la cistinuria, pero investigaciones posteriores han mostrado que el tráfico entre y a través de las células es una parte vital del denominado metabolismo dinámico, en cuyo caso Garrod estaba en el sendero correcto” (26).

Apuntes sobre la vida y obra de Sir Archibald Garrod

La importancia de la medicina para la ciencia, y viceversa, fue claramente expuesta por Garrod en varios de sus escritos (29-34), en donde señala cómo las fronteras entre las ciencias naturales tienden a desaparecer. Señala que la fisiología está hecha de química y de física, y que la física va absorbiendo a la química y a la vez se constituye en un tronco del cual derivan otras ramas (35-37). Menciona, además, que la ciencia básica antecede a la ciencia aplicada.

Esto que Garrod dijo en 1924 se refleja en los capítulos 6 y 7 de este libro. En ellos se puede apreciar el desarrollo en los caminos metabólicos de los desórdenes de la urea, la glicólisis, ciclo de Krebs y respiración durante la década de 1930 a 1940, y como esos descubrimientos básicos de la bioquímica antecedieron varios años a la comprobación de los errores innatos en esas vías metabólicas que se llevó a cabo después de 1950, cuando se encontraron enfermedades por bloqueos en esos caminos metabólicos.

En varios de sus escritos (33, 38, 39) Garrod se refiere a que los errores innatos del metabolismo son tan raros como las malformaciones, son menos evidentes, pero su valor científico excede su importancia clínica, porque son “experimentos de la naturaleza”. También defiende la importancia de las ciencias para la medicina y afirma que la visión completa de la medicina solo puede lograrse juntando las miradas del médico, el físico, el fisiólogo, el patólogo, el biólogo, el bacteriólogo y el químico.

Con razón, Garrod ha sido catalogado el padre de la medicina de precisión, padre de la bioquímica, padre de la bioquímica genética, padre de la genética molecular, y, seguramente, a medida que se avance en el cocimiento, se hará más evidente su influencia en nuevas disciplinas que se han nutrido de sus enseñanzas.

En fin, Garrod se adelantó a su tiempo gracias a unas afortunadas circunstancias de familia, de amistades, a una gran capacidad para unir los conocimientos de sus contemporáneos, pero ante todo a su vocación de observador, lector e investigador, fruto quizá de las enseñanzas de su padre, de una sólida preparación en ciencias obtenida antes de su carrera en la medicina y de la ventaja de vivir rodeado y poder interactuar con maestros de la genética como Bateson, Hopkins y Punnett.

Sir Alfred Garrod creció, se formó y trabajó en un ambiente propicio para la ciencia, que le permitió estar al día con lo que sucedía tanto en la medicina como en la química, la biología y la genética. Se puede afirmar que tenía el rigor y la curiosidad del científico que cuestiona, experimenta, trata de extrapolar a enfermedades similares y saca conclusiones que somete en sus escritos al escrutinio de los demás. Fue un científico riguroso, metódico y dedicado a la investigación, a tal punto que en una de sus reseñas biográficas se menciona que se le veía diariamente examinando orinas junto a una ventana, dejando para otros la revisión de los pacientes (5).

Sir Archibald Garrod llevó la bioquímica y la genética a la cama del paciente. Su legado, más de cien años después, sigue propiciando investigaciones que confirman las teorías de este médico visionario que abrió un campo de la medicina: los errores innatos del metabolismo, cuya lista comprende hoy cerca de mil quinientos desórdenes.

Todo lo que en teoría hace falta por descubrir hace prever que Garrod cobrará más relevancia en la medida en que avancen la medicina, la bioquímica, la genética, la biología molecular, la inmunología, la biotecnología, la endocrinología, entre otros campos que se nutren de sus enseñanzas. En materia de errores innatos, todos los que en una u otra forma enfrentamos la enfermedad genética tenemos mucho por descubrir y aprender (40-42).

Garrod hizo cerca de 152 publicaciones, de las cuales 59 fueron antes de 1900. En la lista de referencias anexa se muestran algunas de las más sobresalientes para el tema de los errores innatos del metabolismo. Las primeras conferencias y publicaciones de Garrod sobre alcaptonuria fueron entre 1899 y 1902 (15, 43). En 1908 presentó la Croonian Lecture en el Royal College of Physicians, en la que acuñó el término errores innatos del metabolismo (44, 45). En 1909 publicó la primera edición del libro Inborn Errors of Metabolism, y en 1923 la segunda edición (12). En 1931 se publicó el ensayo “The inborn factors in disease” (46). Estas publicaciones resumen su pensamiento sobre los errores innatos del metabolismo.

Sir Archibald Garrod recibió en vida varias distinciones:

• Vicepresidente de la Royal Society de Londres de 1926 a 1928.

• Miembro Honorario del Royal College of Physicians.

• Miembro Honorario de la American Association of Physicians.

• La Medalla de Oro de la Royal Society of Medicine.

• Grados honoríficos de las universidades de Padua, Malta, Dublin Aberdeen y Glasgow.

• Título honorífico de Sir.

La vida de Garrod se vio ensombrecida por la pérdida de dos de sus hijos en la Primera Guerra Mundial y de otro durante la pandemia de gripe española que sobrevino después de la guerra. Garrod murió después de una corta enfermedad en 1936.

Epílogo

A comienzos del siglo pasado, Archibald Garrod postuló que los errores innatos del metabolismo (EIM) eran causados por defectos en las enzimas, lo cual se comprobó solo hasta mediados del siglo XX. Afirmó que la mayoría de los errores innatos deberían ser de herencia autosómica recesiva. En efecto, de los cerca de mil EIM que hoy se conocen, más del 95 % de ellos siguen este patrón de herencia. También expresó que escudriñar el daño en el gen era como buscar una aguja en un pajar. Actualmente, sabemos que la mayoría de los EIM son producidos por una mutación en uno de los 300 000 millones de pares de bases, que constituyen el genoma humano y que se pueden identificar con técnicas que se han popularizado y se están usando para el diagnóstico en la mayor parte del mundo aun cuando en la mayoría de los países del así llamado tercer mundo hasta ahora se comienza a popularizar su uso.

Garrod defendió con vehemencia la individualidad química de la enfermedad. Con el conocimiento disponible hoy, después del proyecto del genoma humano es cada vez más evidente que aun gemelos idénticos con la misma enfermedad pueden presentar características muy distintas en cuanto a su severidad y pronóstico (47, 48).

Además, observó agudamente que algunas de estas enfermedades podían ser de aparición tardía. En este aspecto también se anticipó varias décadas; sabemos hoy que muchas de las enfermedades de difícil diagnóstico en el adulto son o parecen corresponder a EIM sin diagnosticar.

Ciento diez años después de que Garrod propusiera por primera vez en Londres el concepto de errores innatos del metabolismo, podemos afirmar que se anticipó e indicó la ruta que se debe seguir para descubrir y diagnosticar un grupo de enfermedades cuyo estudio ha hecho y sigue haciendo aportes incalculables a las ciencias biológicas y a la medicina. Garrod nos enseñó que somos únicos y que por tanto los médicos y la medicina nos deben tratar como individuos, no como un miembro más de la especie humana.

En el capítulo 13 de este libro se cotejan algunas de las principales tesis de Garrod con lo que conocemos actualmente sobre la comprensión, diagnóstico y manejo de estas enfermedades, campos en los cuales se han hecho enormes avances, pero cuyo desafío principal, la cura permanente, sigue sin lograrse. Ya en 1914, Garrod, hablando del efecto de la dieta libre de purinas para la gota, recordaba a su audiencia que con ello no se estaba tratando la enfermedad sino procurando modificar los síntomas. Mucho se ha logrado con los tratamientos nutricionales, la terapia de reemplazo enzimático, la reducción de sustrato y las chaperonas farmacológicas, que sirven para detener los síntomas, prolongar la vida y dar un mejor nivel a los pacientes con errores innatos del metabolismo, pero su afirmación de 1914, en esencia, sigue siendo válida.

Referencias

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I Actualmente Hyncice, en República Checa.

II Genes, en la biología moderna.

III Comprende más de 12 000 especies, entre las cuales está el diente de león.

IV Reproducción en que participa un solo gameto.

V En el sistema inglés es un profesor universitario que fue o es patrocinado por disposición real.

VI Hopkins abandonó los estudios de esos “factores”. McCollum en 1914 los aisló como factor A y factor B, hoy en día se llaman vitaminas A y B (del latín vita: vida y amina, compuesto de nitrógeno), término acuñado por Casimir Funk en 1912.

VII Azúcares de cinco átomos de carbono como la ribosa, xilosa, arabinosa, entre otras.

VIII Piuria: presencia de pus en la orina.

Capítulo 3. La fenilcetonuria mostró la ruta para prevenir muchas discapacidades y muertes prematuras

Uno enfrenta el futuro con su propio pasado.

PEARL BUCK

Negación, aceptación y expiación de culpas en un error innato

Pearl S. Buck (1892-1973), Premio Nobel de Literatura en 1938 por “su rica y épica descripción de la vida de los campesinos en China”(1). Entre los mas de cien libros que escribió, el más conocido es La buena tierra, la novela más vendida en Estados Unidos entre 1931 y 1932. Pearl Syden Stricker era hija de padres misioneros. Fue al colegio en Virginia, y hasta 1934 vivió en China. Allí se casó con John Buck, un misionero/economista agrícola, con quien tuvo una hija, Carol, que nació en China en 1920. En 1925, durante una estancia de estudios de la pareja en Estados Unidos, adoptaron una hija: Janice (1).

La pareja se divorció en el año 1935 y Pearl se casó con su editor Richard Walsh. Carol nació aparentemente saludable. En los primeros meses de vida, Pearl le decía a la enfermera: “¿Verdad que ella parece muy inteligente para su edad?” (1). Se relata también que cuando Carol tenía tres meses, mientras tomaba el sol en la cubierta de un barco, los que pasaban se paraban a admirarla y su madre se sentía muy orgullosa de las alabanzas que recibía por la inusual belleza y la “inteligencia que destellaban sus ojos profundamente azules” (1).

No obstante, después de un tiempo comenzó a presentar muestras de deficiencia cognitiva. A la edad de tres años ya era notorio que Carol tenía un retardo. Pearl se consolaba leyendo historias de niños con limitaciones que luchaban duramente para superarse, a pesar de sus dificultades para caminar y hablar.

A los cuatro años, la discapacidad de Carol era evidente: Pearl asistió a la conferencia de un psicólogo que le reveló claramente que su hija estaba muy por debajo de los logros cognitivos que debería haber alcanzado para su edad. Consultó varios médicos en China, quienes estuvieron de acuerdo en que la niña estaría mejor en Estados Unidos, donde le podrían hacer exámenes y evaluaciones en busca de un diagnóstico y de su correspondiente tratamiento. En 1929, viajó a Estados Unidos y consultó muchos especialistas, hasta que en la Clínica Mayo le indicaron que por alguna extraña razón el cerebro de su hija había cesado de crecer. Un médico compasivo le recomendó: “Busque un lugar donde Carol pueda estar feliz, déjela vivir su vida, y usted viva la suya” (1).

Pearl buscó una institución adecuada para Carol. En compañía de su hija adoptiva, Janice, escogieron la escuela Vineland, de Nueva Jersey, cerca de Filadelfia. Un establecimiento líder en atención de niños con daños cerebrales. Pearl la internó en esa escuela y no la vio durante tres años, pero le pagaba a una amiga para que la visitara cada mes y le informara sobre su estado (1).

Carol permaneció escondida, como era la conducta habitual por aquella época de muchas de las familias que tenían un hijo con deficiencias cognitivas, a tal punto que Pearl, en las entrevistas, decía que tenía dos hijas, “una hija adoptiva, que vivía con ella, y otra, Carol, que vivía en la escuela”.

Buck libró una intensa batalla durante dos décadas para que su hija aprendiera a leer y a distinguir los colores y las notas musicales. La madre le llevaba las manos para ayudarle, pero eso le producía tanto estrés a Carol, al punto de que sus manos le sudaban profusamente por el esfuerzo que hacía para tratar de complacer a su madre. Al final, los esfuerzos no fueron del todo en vano, Carol aprendió a escribir su nombre, a cantar canciones elementales y a leer frases muy simples, lo cual hacía mecánicamente.

Pearl adoptó siete niños, donó mucho dinero a Vineland y en 1964 creó la Fundación Pearl Buck, para apoyar niños no elegibles para ser adoptados. No obstante, de acuerdo con su hija Janice, ella no era muy buena madre.

Janice se educó como terapista ocupacional, especializándose en retardo mental. Posteriormente fue la tutora legal de Carol, miembro del Consejo Directivo de Vineland y presidente de la Fundación Pearl Buck. El prólogo de la segunda edición del libro La niña que nunca creció fue escrito por ella.

En 1960 escribía Janice: “En una visita a mi madre, me contó que habían encontrado la causa del problema de Carol: ella tenía fenilcetonuria, una enfermedad en que los afectados tienen pelo claro, ojos azules, eczema de la piel y olor a moho. Carol tenía todas esas características” (1).

Descubrimiento de la fenilcetonuria

La fenilcetonuria (PKU) había sido descrita en el año 1934 por el médico noruego Asbjorn Folling, nacido en una familia campesina de pocos recursos. Estudió química y luego medicina en Oslo. En 1928 recibió una beca de la Fundación Rockefeller para estudiar enfermedades metabólicas en Harvard, Yale, la Clínica Mayo y el Hospital Johns Hopkins. Regresó a Noruega y volvió a Estados Unidos en 1930 para trabajar en el laboratorio del Dr. Lawrence Henderson, un bioquímico y fisiólogo en la Universidad de Harvard. En 1934 volvió a Noruega, se residenció en Oslo con Gury Opsahl, con quien había contraído matrimonio en 1931; trabajaba como profesor de bioquímica y fisiología en la escuela veterinaria, con obligaciones docentes (2, 3).

Pearl S. Buck (1892-1973). Premio Nobel de Literatura (1934). En 1920 tuvo una hija, Carol, con discapacidad cognitiva severa cuya causa no se conocía. Pearl ocultó y sufrió la incertidumbre de no saber cuál era la enfermedad de su hija; libró una intensa e infructuosa batalla para que Carol aprendiera a leer y algo de música. Solo cuando Carol cumplió 40 años se le diagnosticó fenilcetonuria.

En 1950 Pearl publicó un libro, La niña que nunca creció, en el que narra la historia de. Carol Después de la publicación del libro fue una defensora de los niños con limitaciones y sirvió mucho a la causa de la divulgación y tamizaje de la fenilcetonuria.

Durante su estancia en Oslo recibió en la consulta a una pareja de apellido Engels, tenían dos hijos, la mayor era una niña de seis años y medio, descrita por sus padres como “muy inquieta, siempre yendo y viniendo de una cosa a otra, podía pronunciar algunas pocas palabras, le gustaba jugar sola o en compañía, disfrutaba la música, pues venía de una familia muy musical, comía sola con un apetito canino”. El hermano, más joven, tenía cuatro años y Folling lo describió así: “No sostiene la cabeza, no habla, expele algunos sonidos no articulados, llora, ríe y le gusta que le jueguen y lo entretengan. No tiene hábitos de limpieza, no come por sí mismo, no fija la mirada y tiene un nistagmo pronunciado” (3-5).

Los padres de los niños notaban un olor pronunciado en ambos, difícil de tolerar para el padre, quien sufría de asma.^I Se narra que la madre Engels iba de médico en médico contándole que el pañal de su hijo olía diferente y un médico le sugirió que visitara al psiquiatra. Ellos habían consultado todos los especialistas a su alcance, habían ensayado medicina herbal, e incluso acudieron a un psíquico. Todos los esfuerzos resultaron sin éxito.

En 1934, el padre de los niños Engels le contaba a uno de sus amigos lo que tenían a sus hijos, y se mencionó el nombre del Dr. Folling, un experto en enfermedades metabólicas. Engels lo conocía, pues había sido su alumno en la escuela de dentistería. Los Engels, a través de un familiar, contactaron a Folling, quien aceptó ver los pacientes sin darles muchas esperanzas (2, 3).

Para diagnosticar la enfermedad de los hermanos Engels, Folling les practicó un examen físico y luego analizó su orina con un reactivo para cetonas: el cloruro férrico. Dicho examen, en caso de ser positivo, debía dar como resultado una coloración entre color vino tinto y púrpura. Contrario a lo esperado, el examen dio un color verde. Folling se dedicó a aislar el compuesto responsable del color verde y analizó 22 litros de orina que la madre Engels recogió diligentemente durante dos meses y medio. Después de seis semanas, Folling encontró que se trataba del ácido fenilpirúvico, al que sus colegas en el laboratorio apodaron como “el ácido idiótico”; hizo luego la prueba del cloruro férrico en 400 pacientes institucionalizados en el área de Oslo y encontró a otros ocho individuos que dieron positivo. Entre otras características, todos tenían una discapacidad cognitiva severa (2, 6, 7).

En 1934, Folling rápidamente sometió su artículo titulado “La imbecilidad fenilpirúvica” a una publicación científica alemana. Seis meses después de la primera cita con los pacientes Engels, salió la publicación (8). Folling, continuó buscando pacientes, esta vez en compañía del médico Lous Mohr y el estudiante Lars Rudd; identificaron 34 pacientes, provenientes de 22 familias distintas (8, 9).

Como Folling había propuesto que el defecto que producía la elevación del ácido fenilpirúvico era en el metabolismo del aminoácido fenilalanina, se requería un método para probar que “el ácido idiótico” provenía de la fenilalanina en los pacientes. Dos colegas suyos, Karl Closs y Sverre Dick Henriksen, se dieron a la tarea de identificar una bacteria que transformara la fenilalanina en ácido fenilpirúvico. Muy entusiasmados, encontraron que la bacteria Proteus vulgaris en el tubo de ensayo convertía fenilalanina pura en ácido fenilpirúvico, y usando sangre comprobaron que lo mismo sucedía en los pacientes fenilcetonúricos, hecho que demostraba que Folling tenía razón al afirmar que el ácido fenilpirúvico era un intermediario en el metabolismo de la fenilalanina (6).

Asbjorn Folling (1988-1973). Médico noruego. En 1934 descubrió la enfermedad fenilcetonuria en dos hermanos, un niño y una niña con discapacidad cognitiva severa, problemas en el comportamiento y olor a moho.

Folling propuso que la discapacidad en los nacientes se debía a que la fenilcetonuria era producida por acumulación del ácido fenilpirúvico, un compuesto que se produce en una vía alterna a la normal.

El mismo año Closs y Folling encontraron que el olor peculiar de los pacientes fenilcetonúricos era producido por el ácido fenilacético, otro de los compuestos que se excreta por la orina de quienes padecen esta enfermedad.

Folling —según relataba su hija— estuvo preocupado cuando ella era recién nacida, porque tenía ojos azules y eczemas, dos características de la fenilcetonuria. Decidió averiguar si era portador de la enfermedad. A través de un amigo consiguió fenilalanina a un precio muy elevado; la tomó y encontró evidencia de la presencia de ácido fenilpirúvico en su orina, lo que lo hacía candidato a ser portador, según su propia teoría. Más tarde, conoció que el organismo humano metaboliza solo los aminoácidos L y lo que él había tomado era una mezcla de L y D aminoácidos.^II Los D aminoácidos no son metabolizados por los humanos y se excretan por la orina, lo que podría explicar la elevación de fenilpirúvico en su orina.

En 1965, usando el compuesto L fenilalanina pura, dio sobrecarga de ese aminoácido a algunos padres de pacientes fenilcetonúricos y encontró que efectivamente metabolizaban menos el exceso de aminoácido y excretaban en su orina concentraciones mayores de ácido fenilpirúvico en comparación con personas sin la enfermedad. Encontró, también para su tranquilidad, que sus niveles de ácido fenilpirúvico en la orina, después de la sobrecarga, eran menores que los niveles presentados por los padres de los pacientes fenilcetonúricos y que, por lo tanto, él no era portador de la fenilcetonuria. Esta prueba de sobrecarga con fenilalanina se utilizó para la detección de portadores hasta hace muy pocos años, cuando se implementaron las pruebas de biología molecular.

Folling, en su artículo inicial, no mencionó que el daño en el metabolismo de la fenilalanina era un error innato del metabolismo (8); sin embargo, en 1935 Archibal Garrod le solicitó la copia de sus trabajos, a lo que Folling contestó: “Estoy muy orgulloso de que el autor de Los errores innatos del metabolismo quiera tener una copia de cada artículo sobre la imbecilidad fenilpirúvica” (2), otro de los nombres con que se conoció la enfermedad. Relata el hijo de Folling que en el ático de su casa encontró una copia del artículo de Garrod sobre alcaptonuria, publicado en el año 1902 (7).

En 1937, George A. Jervis, uno de los grandes íconos en el campo de la fenilcetonuria, mientras trabajaba para el Departamento de Higiene de Nueva York, reportó cincuenta casos de discapacidad cognitiva asociados con la excreción elevada del ácido fenilpirúvico, hecho que determinó usando la prueba del cloruro férrico (10). Ese mismo año, Jervis propuso para esa enfermedad el nombre de “oligofrenia fenilpirúvica” (11). Sin embargo, Lionel Penrose, genetista inglés, propuso —y así se conoce actualmente— el nombre “fenilcetonuria” (12).

En 1947, Jervis publicó que usando el reactivo de Millon, que permite medir tirosina en una solución, había comprobado que los pacientes con fenilcetonuria no podían convertir fenilalanina en tirosina (13). En 1953, utilizando tejido hepático de dos pacientes fenilcetonúricos, Jervis demostró la ausencia de la fenilalanina hidroxilasa, enzima que cataliza esa conversión (14).

Tratamiento

Horst Bickel, médico entrenado en el laboratorio del profesor Guido Fanconi en Zúrich, en el año de 1954, cuando recién comenzaba su práctica en Cambridge, Inglaterra, recibió una paciente de dos años de edad llamada Sheila; después de realizar los exámenes pertinentes, Bickel constató en Sheila la presencia de una discapacidad cognitiva, con elevación de la fenilalanina en su orina, lo que confirmaba que se trataba de fenilcetonuria, diagnóstico que comunicó a los padres. La madre insistió vehemente que además de conocer la causa de la enfermedad de su hija, quería que la trataran.

Bickel, previamente, había visitado en Londres al doctor Louis Wolff, uno de los pioneros en el campo de la fenilcetonuria, quien le compartió un método que había desarrollado para remover la fenilalanina de la proteína. El Dr. Bickel describe así el tratamiento realizado a Sheila: “La niña de dos años era idiota, incapaz de pararse, sentarse o hablar; no mostraba interés en su alimento o en su entorno, y pasaba su tiempo gimiendo, llorando y golpeándose la cabeza. En esas condiciones decidimos tratarla con una dieta libre en fenilalanina”.

La dieta fue especialmente preparada hidrolizando^III caseína y absorbiendo en el hidrolizado la fenilalanina y la tirosina con carbón activado, según las indicaciones que había recibido de Wolff. Luego, al hidrolizado se le agregó tirosina, cisteína y triptófano en cantidades apropiadas. “Después de cuatro meses de tratamiento, no se observaron efectos negativos en Sheila; había perdido un poco de peso, y el olor a moho, el ácido fenilpirúvico en la orina, habían desaparecido” (15).

Posteriormente, se encontró aminoaciduria generalizada, tal vez como consecuencia del aumento del catabolismo. Para evitarlo, introdujo bajas cantidades de proteína en forma de leche entera: 0,3-0,5 mg/d. “La paciente mejoró gradualmente. Aprendió a gatear, a pararse y a subir escaleras. Sus ojos se hicieron más brillantes, su pelo oscureció y no se golpeaba la cabeza ni lloraba continuamente como lo hacía antes de la dieta”. Los autores concluyeron que “a pesar de que está pendiente evaluar el grado de desarrollo mental, son inequívocos los beneficios de la dieta” (15-17). Este caso demostró los efectos benéficos de la dieta en una paciente que ya había sufrido daños neurológicos.

Bickel no midió el cociente intelectual en su paciente, pero el Dr. Wolff, que seguía interesado en los efectos de la dieta en la fenilcetonuria, en 1955 publicó el estudio realizado en tres pacientes tratados con dieta, en los cuales hizo pruebas psicométricas, y documentó un incremento en el cociente intelectual en los pacientes tratados (17).

Horst Bickel (1918-2000). Médico alemán, quien trató por primera vez en Cambridge una paciente con fenilcetonuria, usando leche en la que químicamente se había removido la fenilalanina.

La paciente mejoró notablemente su comportamiento y se detuvo el curso de la enfermedad. Fue el comienzo del tratamiento nutricional de este y otros errores innatos del metabolismo.

Seymour Kaufman, mientras trabajaba en el Instituto Nacional de Salud en Estados Unidos (NIH), aisló la enzima fenilalanina-hidroxilasa y encontró que antes de purificar la enzima, esta tenía actividad, pero cuando la purificaba, no convertía fenilalanina en tirosina, por lo que propuso la existencia de un factor necesario para su actividad, que se perdía en el proceso de purificación. Luego, el mismo Kaufman propuso que no todas las elevaciones anormales en la fenilalanina (hiperfenilalaninemias) eran causadas por la deficiencia en fenilalanina-hidroxilasa, sino que también podrían ser ocasionadas por la deficiencia en un cofactor necesario para la actividad de la enzima que se perdía en su proceso de purificación (18).

En 1957, en The Lancet, se reportó una nueva variante de las hiperfenilalaninemias con enfermedad neurológica progresiva que no respondía a la restricción dietaria de la fenilalanina. Luego, en 1958, el Dr. Kaufman caracterizó ese cofactor como BH4 y lo calificó como un cofactor necesario para la actividad de la enzima (19).

Actualmente, se sabe que el cofactor BH4 se sintetiza mediante una serie de reacciones, y que en el corto proceso de su síntesis se han encontrado tres defectos enzimáticos. En esencia, cada uno constituye un error innato del metabolismo independiente^IV (figura 3-1).

El cofactor BH4, que participa en la reacción de transformación de fenilalanina en tirosina, se convierte en BH2, que es trasformado nuevamente en BH4 por medio de la enzima dihidrobiopterina reductasa (figura 3-1). Se conocen dos defectos enzimáticos en la reutilización de BH4 a partir de BH2. En los pacientes el BH4 no se recupera, como sí sucede en las personas no fenilcetonúricas. El defecto se trata suministrando BH4 permanentemente.

El BH4 es un cofactor utilizado en muchas reacciones, entre ellas, la síntesis de los neurotransmisores L-Dopa y serotonina a partir del triptófano. Por lo tanto, los pacientes deficientes en la síntesis o reutilización de este cofactor presentan desórdenes neurológicos, aunque en su mayoría responden bien al tratamiento con BH4 o sapropterina (nombre genérico del medicamento). Dos investigadores que han contribuido mucho al estudio y tratamiento de estos desórdenes han sido Richard Koch, en Estados Unidos, quien público el papel de esa coenzima en el metabolismo de la fenilalanina, y Nenad Blau, cuyo laboratorio ha sido centro de referencia mundial para el estudio de las hiperfenilalaninemias por deficiencia en cofactores (20-25).

Figura 3-1. Camino metabólico para la utilización de la fenilalanina, aminoácido esencial. En verde, la ruta normal; en amarillo, vías alternas cuando hay un bloqueo por deficiencia en la fenilalanina hidroxilasa (PAH). El cofactor BH4 es necesario para la actividad de la PAH. Se conocen tres defectos en sus vías de síntesis.

Los defectos en el metabolismo del BH4 se descubrieron en pacientes con hiperfenilalaninemia que no respondían a la restricción de fenilalanina y que tenían deterioro neurológico progresivo, a pesar del control estricto de la dieta. Hasta el momento se han descubierto cuatro defectos en la síntesis y dos en la reutilización del BH4. Su diagnóstico se hace midiendo estos metabolitos en la orina (20-22). El tratamiento de estos defectos no es fácil para el paciente y requiere el suministro de cofactores y de neurotransmisores, no obstante, muchos de ellos con deficiencia de BH4 han logrado llegar a edad avanzada. La sintomatología depende de la severidad del defecto genético. Estos defectos son mucho menos frecuentes que la fenilcetonuria clásica (23-25).

Los pacientes que reciben BH4 deben ser monitoreados con frecuencia para garantizar que sus niveles de fenilalanina estén dentro de los rangos recomendados cuando se producen cambios en el peso o el estilo de vida (26).

Avances en el tratamiento de la fenilcetonuria

Dependiendo de la concentración del aminoácido y teniendo en cuenta que la concentración normal de fenilalanina en plasma no supera los 2 mg/dl, las hiperfenilalaninemias pueden clasificarse en benignas: < 6 mg/dl; leves: 6 a 12 mg/dl; moderadas: 12 a 20 mg/dl; y las de > 20 mg/dl se clasifican como fenilcetonuria. Las elevaciones < 12 mg/dl ordinariamente no se tratan, excepto si es una mujer en estado de embarazo. La dieta es individualizada. Se debe hacer un monitoreo frecuente de los niveles del aminoácido para ajustar la ingesta de fenilalanina de acuerdo con los requerimientos de cada paciente (20, 24).

El manejo terapéutico de la fenilcetonuria ha sido muy efectivo para prevenir el daño neurológico y otros síntomas, y ha servido de modelo para el tratamiento de otros errores innatos del metabolismo. Tratándose de un aminoácido esencial, su excesiva restricción afecta el crecimiento, especialmente en la infancia, periodo importante en el neurodesarrollo. Por este motivo, diferentes países han elaborado guías sobre los niveles recomendados de fenilalanina en personas fenilcetonúricas. Estos deben ajustarse según la edad para permitir el normal crecimiento de los individuos. Para ello existen suplementos comerciales especiales libres de fenilalanina, preparados mezclando los aminoácidos presentes en las proteínas, con excepción de la fenilalanina, o a través de la remoción directa del aminoácido, usando el método empleado inicialmente por Woolf y Bickel (17, 15), o tratando la proteína con una enzima extraída de un microorganismo que convierte la fenilalanina en tirosina. El sabor de esos suplementos nutricionales es poco agradable, pero con ellos se puede garantizar el suministro adecuado de los aminoácidos correspondientes. Las dietas libres de aminoácidos usualmente son suplementadas con ácidos grasos, minerales y vitaminas. Para mejorar su palatabilidad se recomienda suministrar esas fórmulas mezcladas con leche materna, que es baja en fenilalanina y de mejor sabor.

La comida debe estar compuesta por alimentos de muy baja concentración de fenilalanina como son los carbohidratos, grasas, algunas frutas, y vegetales; o por cantidades controladas de alimentos naturales con contenido medio de fenilalanina como las espinacas, brócoli, pan y pastas especiales, complementados con la fórmula libre de fenilalanina (27).

No deben consumir alimentos ricos en fenilalanina como carnes, pescados, derivados lácteos, huevos, arroz y maíz. El endulzante artificial aspartamo está formado en un 50 % por fenilalanina, por lo que está contraindicado en pacientes fenilcetonúricos.

La adherencia al tratamiento en niños usualmente no es muy problemática mientras los padres tengan el control de la dieta. En el caso de pacientes fenilcetonúricos adolescentes, varios estudios que han seguido los niveles de la fenilalanina han demostrado poca adherencia debido al mal sabor de las fórmulas libres de fenilalanina, sumado al gusto por la comida rápida y los malos hábitos alimenticios, propios de esas edades. No obstante, para ayudar a estos pacientes, existen en el mercado de muchos países una serie de alimentos como pastas, pizzas, panes, chocolates, gelatinas o compotas que son más gratos al paladar. Sin embargo, esto eleva el precio de una dieta, de por sí ya muy costosa.

Para mejorar la adherencia al tratamiento se han ensayado estrategias como recomendar al paciente tener a la semana un día flexible, en el cual se les permite consumir alimentos que sean más de su gusto y que contengan niveles no muy elevados de fenilalanina.

¿Qué pasa si se interrumpe el tratamiento? Por algún tiempo se creyó que la restricción se debía mantener solo durante la época de desarrollo neurológico del niño y que luego se podía descontinuar. En Estados Unidos se recomendaba la dieta estricta hasta los siete años y luego se dejaba al paciente una dieta libre, pero se detectó que los pacientes que descontinuaban la restricción, al ser adultos, presentaban desórdenes de movimiento, problemas dermatológicos y de comportamiento tales como irritabilidad e hiperactividad, por lo que la recomendación actual es mantener la dieta de por vida. Otro problema que se ha observado es que los pacientes que por cualquier razón han dejado la dieta tienen mucha dificultad para retomarla después de algún tiempo (28, 29).

La respuesta a la dieta puede ser muy distinta en diferentes individuos, a pesar de que los niveles de fenilalanina sean iguales al comienzo del tratamiento. Usando espectroscopia por resonancia magnética in vivo y midiendo la proporción de transporte del aminoácido a través de la barrera hematoencefálica, se ha observado que la velocidad de dicho transporte es la responsable de las elevadas concentraciones del aminoácido en el cerebro y de los pobres resultados en la escala de inteligencia en personas fenilcetonúricas. La dieta muy baja en proteína conlleva el riesgo de deficiencia nutricional, lo que hace necesario el seguimiento permanente del paciente, midiendo los niveles sanguíneos de fenilalanina y monitoreando su desarrollo físico, neurológico, intelectual y de comportamiento (28), señalando la necesidad de individualizar la dieta en los pacientes.

En los últimos 10 años se ha introducido el uso del glicomacropéptido (GMP), una proteína derivada del suero de la leche que es pobre en fenilalanina y rica en valina, isoleucina y treonina. El GMP comercial es suplementado con tirosina, triptófano, arginina, cisteína e histidina, como coadyuvante de la dieta restringida en fenilalanina. Cuando el GMP se consume al desayuno, produce saciedad en comparación con las dietas basadas en la mezcla de aminoácidos y además tiene mejor sabor que las fórmulas libres de fenilalanina. Existe también la posibilidad de preparar una gran variedad de bebidas y comidas usando el GMP (30, 31). Otro avance reciente en el tratamiento es el uso de aminoácidos neutros de cadena larga (LNAA, por sus siglas en inglés). La fenilalanina es transportada de la sangre al cerebro por medio de un transportador presente en la barrera hematoencefálica, que además de la fenilalanina, aminoácido por el cual tiene una alta afinidad, transporta tirosina, triptófano, metionina, isoleucina, valina, leucina e histidina, llamados LNAA. La patología en el cerebro en pacientes fenilcetonúricos está relacionada con el hecho de que el transporte exagerado de fenilalanina impide el trasporte normal al cerebro de los demás LNAA, que necesitan las células cerebrales para las síntesis de proteínas y de los neurotransmisores dopamina y serotonina (32, 33). Es llamativo que este efecto de competencia entre la fenilalanina y los LNAA se postuló en 1950, pero el suplemento con LNAA se comenzó a usar en Dinamarca solo desde 1994 para tratar a pacientes adultos que tenían una pobre adherencia al tratamiento. El tratamiento con dietas ricas en LNAA se recomienda en adolescentes con pobre adherencia a la dieta y en pacientes con diagnóstico tardío. No se recomienda para tratar las pacientes durante el embarazo o los niños que no han completado el desarrollo neurológico (34, 35).

Desde hace varias décadas se ha intentado tratar la fenilcetonuria con una enzima exógena, la fenilalanina liasa, presente en plantas y levaduras, y que convierte la fenilalanina en bajas cantidades de amonio y ácido transcinámico. Este último se transforma —en los humanos— en ácido hipúrico, un compuesto no tóxico que se excreta por la orina. Su uso fue propuesto en 1976 (36). La enzima inyectada disminuía los niveles de fenilalanina, pero inducía la producción de anticuerpos y su actividad disminuía con el tiempo; para reducir la inmunogenicidad se han usado varias estrategias, tales como recubrirla con gelatina, conjugarla con polietilenglicol e introducirla en glóbulos rojos, en prebióticos, o inyección subcutánea. Hace unas décadas se hicieron ensayos inmovilizando la enzima en “reactores”, una especie de filtros (parecidos en su diseño a los que se usan para remover las impurezas de la gasolina en los carros) a través del cual se pasaba extracorpóreamente la sangre del paciente (37). Ensayos más recientes en ratones con enzima extraída de levadura y enzima recombinante han mostrado su efectividad para disminuir las concentraciones plasmáticas de la fenilalanina (38). A pesar de que se han hecho estudios clínicos fase I, II y III^V usando la enzima acoplada a polietilenglicol, ha sido imposible evitar la producción de anticuerpos, las reacciones alérgicas en la piel, mareo y dolores articulares.

Todos estos métodos son paliativos y el paciente además tiene que hacer dieta de por vida. La ciencia ha buscado en la terapia génica una solución que repare permanentemente el defecto en el gen. Aunque se han logrado avances significativos, también se han presentado tropiezos técnicos y fraudes científicos, descritos en el capítulo once de este libro.

Una pregunta importante es: ¿qué beneficios tiene la dieta en individuos en los que el diagnóstico se ha realizado cuando son adultos? En un estudio hecho con 34 adultos que tuvieron diagnóstico tardío y que presentaban severos desórdenes en el comportamiento, los resultados mostraron dificultades para establecer una dieta restrictiva, pero los pacientes que lograron una adherencia a la dieta mostraron beneficios significativos en su calidad de vida, comportamiento y problemas dermatológicos. Los resultados en el desarrollo cognitivo fueron muy heterogéneos y se correlacionaron con los niveles cerebrales de fenilalanina medidos por espectroscopia de resonancia magnética (39).

Fenilcetonuria materna

Con el tamizaje neonatal y un tratamiento exitoso, muchas mujeres fenilcetonúricas pueden llegar a la edad fértil sin mayores problemas de salud (21, 22). La pregunta que ordinariamente se hacen es: “¿Qué pasará en caso de que decida embarazarme?”.

Si el feto está expuesto a concentraciones de fenilalanina provenientes de la sangre materna por encima de 15 mg/dl, el recién nacido puede presentar microcefalia, dimorfismo facial parecido al que se ve en el síndrome de alcoholismo fetal, discapacidad cognitiva, enfermedad cardíaca congénita y retardo en el crecimiento intrauterino. Concentraciones plasmáticas de fenilalanina en la madre alrededor de 6 mg/dl pueden causar también disminución de la función cognitiva. Por lo tanto, se recomienda un adecuado control de los niveles de fenilalanina antes y durante el embarazo. Las madres fenilcetonúricas pueden alimentar a sus hijos con leche materna sin ninguna restricción, a menos que el hijo tenga fenilcetonuria (40, 41).

Fenilcetonuria, la primera enfermedad en ser tamizada en recién nacidos

Dado que desde 1953 se había demostrado la efectividad en el tratamiento de los pacientes usando dietas restringidas en fenilalanina, se pensó en la conveniencia de desarrollar un método microbiológico para pesquisar el defecto en el recién nacido y comenzar inmediatamente su tratamiento antes de la aparición de los síntomas de la enfermedad. Este método, llamado la prueba de Guthrie, se trata en el capítulo cuatro de este libro. El método resultó muy efectivo para fenilcetonuria, por lo que su inventor lo adaptó para más de treinta enfermedades. Posteriormente abrió el campo al tamizaje de cerca de sesenta enfermedades. Hoy en día el tamizaje para fenilcetonuria se realiza en todos los recién nacidos, tanto en países desarrollados como en vía de desarrollo, utilizando métodos más modernos como la espectrometría de masas en tándem MS/MS.

Dado que la elevación en fenilalanina aparece luego de que se le suministran proteínas al recién nacido, para el tamizaje en el recién nacido es necesario que el niño haya recibido leche materna o de fórmula para que se eleven los niveles sanguíneos del aminoácido. La prueba de tamizaje, por ende, no se debe hacer dentro de las primeras 24 horas después del nacimiento, para evitar falsos negativos, pero sí es necesario hacerla dentro de los primeros cuatro días para prevenir el daño neurológico.

Para verificar los hallazgos del tamizaje y las pruebas cualitativas de ensayo en el pañal y de la prueba de Guthrie y otras como la cromatografía en papel para aminoácidos, se desarrollaron métodos cuantitativos y automatizados como la determinación fluorométrica de la fenilalanina (42), y la determinación cuantitativa de aminoácidos por cromatografía líquida de alta resolución. El método fluorométrico se automatizó y reemplazó a las pruebas cualitativas para tamizajes y para monitorear los niveles plasmáticos de fenilalanina durante el tratamiento (43).

La confirmación de la enfermedad se hace midiendo la actividad enzimática o determinando las mutaciones en el ADN. Dado que la enzima solo se expresa en hígado, es necesario hacer la determinación enzimática en biopsia hepática, procedimiento muy incómodo para el paciente. La prueba de ADN para identificar una de las cerca de 1200 mutaciones que se conocen actualmente se puede hacer muy rápido y a precios cada vez más asequibles. Sin embargo, la determinación de los niveles de la fenilalanina en sangre es suficiente y necesaria para ajustar la dieta y hacer seguimiento de la evolución del paciente.

En el año de 1974 Savio Woo, un joven investigador de Hong Kong, fue a trabajar en el laboratorio de Louis Wolff, quien se había trasladado desde Londres hasta British Columbia. Woo, por sugerencia de Wolff, trabajó en la purificación de la proteína fenilalanina hidroxilasa (PAH) a partir del hígado humano, y una vez purificada estudió sus características. Usando enzima purificada, preparó en un conejo anticuerpos que posteriormente le sirvieron para la captura del ARNm de la enzima, con el que se clonó el CADN.^VI En 1983 Savio Woo y sus colaboradores publicaron la clonación del gen de la fenilalanina hidroxilasa. En el título del artículo anunciaron que esto permitiría el diagnóstico prenatal y la detección de portadores de la fenilcetonuria (44), lo que ciertamente ha sido posible gracias a esos desarrollos.

La fenilcetonuria es quizá la enfermedad genética mejor estudiada. Se sabe que la enzima fenilalanina hidroxilasa está compuesta por 452 aminoácidos. A noviembre de 2019 se habían reportado 1184 mutaciones en el gen de la enzima PAH (45).

La incidencia de la enfermedad se calcula aproximadamente en 1 en 10 000 personas, pero puede variar de 1 en 1000 a 1 en 20 000 recién nacidos, siendo más alta en Turquía, Escocia, Arabia, judíos yemenitas y muy poco frecuente en Finlandia, África, Japón y en judíos askenazis americanos (46, 47). En cuanto a cómo y por qué comenzó la enfermedad, se ha propuesto —pero no se ha comprobado contundentemente— que las mutaciones se originaron como un mecanismo de defensa contra las aflatoxinas, hongos que se producen en los granos que se almacenan en silos húmedos (48). La enfermedad se ha extendido por todo el mundo siguiendo los flujos migratorios y se ha encontrado en todas las razas.

Ratón fenilcetonúrico

Para avanzar en el conocimiento de la enfermedad y en el desarrollo de nuevas terapias era necesario tener un modelo animal. El primer ratón con deficiencia en la fenilalanina hidroxilasa fue producido en 1990 por David McDonald y sus colaboradores. Es un animal que se obtuvo identificando ratones portadores de la fenilcetonuria, de la misma forma que se identifican los padres portadores en seres humanos. Los ratones se cruzaron dando origen a crías con la enfermedad (49).

Actualmente existen otros modelos animales en los que se introducen mutaciones específicas que reproducen las encontradas en el gen humano. El animal tiene algunas características fenotípicas de la enfermedad, incluyendo el color claro del pelo (50).

Estos modelos animales han sido muy importantes para verificar la efectividad de algunas terapias, entre ellas la terapia génica, con la que se han logrado avances como revertir el color del pelo claro a negro (figura 1-3, capítulo 1), disminuir los niveles de fenilalanina y otras características fenotípicas del ratón tratado. Es así como el modelo animal ha permitido avanzar mucho en el conocimiento de la enfermedad (48, 49). Ver figura 1-3 C y D en el capítulo 1.

Epílogo

La fenilcetonuria es uno de los EIM mejor conocidos, uno de los más estudiados, pero sobre el que aún hay mucho que aprender. Como lo dijera uno de los grandes maestros en el campo de los errores innatos del metabolismo, Charles Scriver, “conocimiento acerca de la PKU revela componentes genómicos tanto de la enfermedad como de la salud” (51). En efecto, esta enfermedad se ha usado como modelo para estudiar muchos de los otros errores innatos del metabolismo y desarrollar nuevas metodologías de diagnóstico y tratamiento.

Si el paciente Engels de seis años y medio descrito al comienzo de este capítulo, estudiado por Folling, fuera traído a consulta hoy día, se le podría identificar rápidamente la fenilcetonuria y tratar con dieta restringida en fenilalanina para detener la progresión de la enfermedad en la parte neurológica, dermatológica y mejorar su comportamiento. Igualmente, se le podría determinar con facilidad si respondía a BH4, y en caso de que lo fuera, se le podría tratar con dicho complemento, además de la dieta. El paciente tendría que someterse de por vida a dieta restringida en proteínas, pero tendría a su alcance suplementos más agradables al gusto que las fórmulas tradicionalmente usadas para su tratamiento. Es probable que en su juventud pudiera comer pizza, pastas, chocolates, embutidos y otros alimentos especiales para fenilcetonúricos.

Y en el caso de que los padres decidieran tener otro hijo, sería posible, inmediatamente después del nacimiento, determinar si sufriría o no de la enfermedad y se podría instaurar un tratamiento antes de que apareciera la sintomatología. Es posible que ese hermano, aun cuando se hubiera tratado, tuviera algunas dificultades motrices y de memoria, pero su cociente intelectual podría ser muy cercano al cociente intelectual de sus padres.

Y en el caso de que la madre Engels tuviera una nueva pareja, y este se sometiera al examen, en el muy probable caso de que no fuera portador de la enfermedad,^VII no tendrían riesgo de tener hijos afectados; pero, si también resultara portador, podrían optar por fecundación in vitro, realizar análisis del ADN de los embriones para seleccionar para el implante uno que no portara las mutaciones y así evitar la enfermedad.

Carol, la hija de Pearl Buck, no se hubiera beneficiado mucho del tratamiento para su déficit cognitivo por haberse diagnosticado muy tardíamente. Según su hermana, la niña sí creció, y aunque tenía limitación para comunicase, progresó en sus habilidades musicales, en su cuidado personal y para alimentarse; montaba en triciclo y patinaba. No aprendió a leer ni a escribir; murió de cáncer de pulmón, lo mismo que su madre, en 1990, después de haber vivido más de 60 años en Vineland, lo que muestra que los pacientes PKU pueden vivir muchos años, a menos que sobrevengan otras complicaciones.

Pearl Buck, la premio nobel, libró una batalla consigo misma para aceptar la condición de su hija, pero una vez publicó su historia personal, parece que exorcizó sus frustraciones y fue una muy activa defensora de los niños con deficiencias. Sus libros influenciaron las familias de dos grandes líderes de la época, John Kennedy y Charles de Gaulle, debido a que en ambas familias había personas con limitaciones cognitivas. Sus campañas fueron también muy importantes para dar a conocer la fenilcetonuria y para la aceptación del tamizaje neonatal en los años sesenta. Su historia es la de la mayoría de los padres de hijos con enfermedades genéticas, pasan de la negación a la comprensión y aceptación de la enfermedad genética sin culpas, y la mayoría de las veces con absoluto apego por el hijo.

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I En la actualidad ese olor es descrito en la fenilcetonuria como olor a moho o a ratón mojado.

II L y D son dos isómeros ópticos de una misma molécula de composición química igual, pero de propiedades fisicoquímicas distintas.

III Proceso catalizado por enzimas o ácidos, mediante el cual una molécula de agua rompe o destruye los enlaces de los aminoácidos originando aminoácidos libres.

IV PTS 6 piruvoil tetrahidropterina sintasa, GTP ciclohidratasa, sepiaterina reductasa.

V En los ensayo fase I se examina la dosis mayor de medicamento segura en un número pequeño de individuos ordinariamente sanos. En la fase II se mide la eficacia y relación dosis/respuesta; usualmente se hace entre 25 y 100 individuos que presentan la enfermedad, y se compara el medicamento con los medicamentos de referencia o placebo. En la fase III se examina la eficacia y seguridad en un número grande de pacientes (cientos o miles). En la fase IV se hacen estudios poscomercialización más prolongados que en las fases anteriores para buscar efectos secundarios no sospechados; esta fase puede incluir decenas de miles de personas. Esto es válido para medicamentos de uso en enfermedades comunes. Para las enfermedades raras se admiten números mucho más bajos de individuos, por su baja prevalencia.

VI Recordemos que a partir del ADN, se sintetiza el ARNm, que lleva las instrucciones para la síntesis de la proteína. A partir del ARNm se puede obtener ADN complementario para las pruebas moleculares.

VII La frecuencia de portadores en la población general es muy baja, solo cerca del 2% de la población.

Capítulo 4. Tamizaje: una forma efectiva de ganarle la carrera a la enfermedad

La forma de comenzar es dejar de hablar y empezar a hacer.

WALT DISNEY

Una historia aleccionadora

Un médico americano, Willard (Bill) Centerwall, junto a su esposa, también médica, fueron a la India como misioneros médicos entre los años 1961 y 1966. Bill había desarrollado una prueba para detectar la fenilcetonuria (PKU), una enfermedad que si no es tratada produce discapacidad intelectual^I severa. La prueba se hacía aplicando unas gotas de un reactivo que con la orina de los niños fenilcetonúricos da un color verde. Mientras los Centerwall estaban en la India, funcionarios del Gobierno de los Estados Unidos les solicitaron organizar un programa para detectar esa enfermedad en todos los recién nacidos de dicho país usando “la prueba del pañal” que él ya había usado en California; sin embargo, había el inconveniente de que la mayoría de los niños en la India no nacían en los hospitales. Como alternativa, se le solicitó realizar dichos exámenes en todos los centros para pacientes con enfermedades cognitivas. Se ubicaron 26 pequeñas instituciones situadas a lo largo y ancho del país, que Bill recorrió en tres semanas usando todos los medios de transporte disponibles en la época. Bill realizó la prueba a 1276 personas institucionalizadas en esos centros y como resultado encontró un niño y una niña fenilcetonúricos, no pertenecientes a la misma familia. En la familia del niño había una hermana con retardo en el desarrollo debido a la fenilcetonuria (1).

Poco antes de que Bill y su esposa regresaran a Estados Unidos, la madre del niño fenilcetonúrico quedó embarazada. Para entonces, otro de los protagonistas de esta historia, Robert (Bob) Guthrie, había inventado un kit o estuche para diagnosticar dicha enfermedad de una forma más eficaz que el método del pañal desarrollado por Centerwall. Bill le solicitó a Bob que le enviara uno de sus kits y cuando lo recibió lo entregó al médico de la familia india, con las instrucciones para que realizara la prueba en la niña tan pronto naciera. Al mismo tiempo, le escribió a la compañía Mead Johnson —que ya comercializaba una leche libre de fenilalanina— solicitándole que donara ese tratamiento a la familia en caso de que el diagnóstico fuera positivo. Después de realizar la prueba se confirmó que la niña recién nacida tenía fenilcetonuria; la compañía le enviaba cada mes la fórmula láctea para su tratamiento, mientras que el médico de la familia le enviaba a Bob desde la India muestras de sangre en papel de filtro, y él desde Estados Unidos seguía la evolución del tratamiento. De esta forma, los médicos americanos Bill Centerwall y Bob Guthrie, junto con el médico de la India, ajustaban la dieta periódicamente.

No obstante, después de los cinco años de edad no le fue suministrada a la paciente la fórmula comercial, sino que siguió una dieta vegetariana, de las típicas de la India. La niña creció normalmente. Su familia la llamaba cariñosamente Pinki por el color claro de su piel. Al crecer, Pinki se casó con un médico otorrinolaringólogo, quedó embarazada, se le trató y, a pesar de que el control de la nueva madre no fue riguroso al comienzo del embarazo, el hijo nació en 1995 aparentemente sano, pero pronto le encontraron un soplo cardíaco, una complicación típica de los hijos de madres fenilcetonúricas que no han seguido el tratamiento adecuado durante el embarazo. El recién nacido fue operado exitosamente (1). Los hijos de madres fenilcetonúricas pueden sufrir microcefalia, daño cerebral, retardo cognitivo severo, convulsiones y espasticidad.

La anterior historia es una muestra de cooperación heroica, donde se unieron muchas voluntades y esfuerzos para tratar a Pinki; también recibieron cooperación de las compañías Scientific Hospital Supply de Inglaterra y de Gerald Levy de Boston, pioneros en el tratamiento de PKU materna.

La fenilcetonuria y el origen del tamizaje neonatal

La fenilcetonuria fue descubierta por Asbjorn Folling en el año 1934.^II Desde entonces se sabía que esta enfermedad producía discapacidad cognitiva severa si no era tratada a tiempo. Para el año 1956 ya se había descubierto la forma de remover de las proteínas el aminoácido fenilalanina, cuya acumulación y metabolismo anormal es responsable del daño de las células del cerebro, y usando leche libre de fenilalanina, había sido posible tratar algunos pacientes, permitiéndoles tener una vida prácticamente normal. Entonces, ¿por qué no inventar un método para detectar la enfermedad en el recién nacido y comenzar a tratar a los que dieran positivos en la prueba antes de que se produjera el daño neurológico? La prueba debería ser lo suficientemente rápida, económica y sencilla para que pudiera hacerse en todos los recién nacidos en cualquier parte del mundo.

Este capítulo cuenta la historia de una serie de eventos que llevaron a que en la actualidad, en la mayoría de los países, la fenilcetonuria sea “pesquisada” o “tamizada” en todos los recién nacidos, abriendo la puerta para buscar la presencia de cerca de sesenta enfermedades. El término tamizaje (filtrar)^III hace referencia a que la prueba permite, en un grupo de recién nacidos asintomáticos, diferenciar aquellos que tienen una enfermedad que no se ha manifestado de los que no sufrirán esa enfermedad.

Robert Guthrie (1916-1995) inventó el método para tamizaje neonatal de la fenilcetonuria en 1957 mientras trabajaba en la Universidad del Estado de Nueva York, en Búfalo, ciudad situada en la parte norte de los Estados Unidos en la frontera con Canadá. Su método sirvió luego para hacer tamizaje de muchas otras enfermedades.

Inventó además la recolección de gotas de sangre en papel de filtro. Muchos de los compuestos que sirven para diagnosticar un EIM en esa sangre seca son estables durante varias semanas, permitiendo el trasporte fácil de esas muestras en sobres de correo, desde lugares muy remotos a centros especializados, donde se analizan esas sustancias.

El inventor del tamizaje neonatal fue Robert (Bob) Guthrie, un microbiólogo y médico quien en 1957 desarrolló un método específico y fácil de usar para detectar la fenilcetonuria, que podía producirse a costos muy bajos en cualquier parte del mundo, y que podía ser usado por personas no especializadas.

Willard (Bill) Centerwall en los años 50 introdujo en Estados Unidos la prueba del cloruro férrico en la orina del pañal en el recién nacido. La presencia de una mancha de color verde cuando se aplicaba el reactivo a la orina era indicativa de fenilcetonuria (2). Para ese entonces “la prueba del pañal” ya se usaba también en Inglaterra (3) y se podía hacer en tubos de ensayo. Esta misma prueba fue adaptada por la compañía Ames, en forma de una tira colorimétrica similar a la que se usa en uroanálisis y fue comercializada con el nombre de Phenistix. Con el correr del tiempo se comenzó a observar que otros compuestos presentes en la orina de los no fenilcetonúricos, derivados de la ingesta de medicamentos, daban coloraciones en la prueba que complicaban su interpretación; además, se presentaban muchos falsos negativos, por lo que concluyeron que la prueba basada en el cloruro férrico no era específica.

Como se relata en el capítulo anterior, Louis Woolf en 1954 reveló a Horst Bickel la forma de remover la fenilalanina de la leche, aminoácido que es tóxico para el paciente. El proceso se hacía en dos etapas: primero se hidrolizaba para separar los aminoácidos, y luego se trataba el hidrolizado con carbón activado. Esta leche libre de fenilalanina le permitió a Bickel controlar los niveles de fenilalanina en sangre y así tratar exitosamente niños en quienes se había instaurado el daño neurológico; en ellos se detenía el progreso de la enfermedad, se mejoraba su comportamiento y se les evitaba la aparición de nuevos síntomas propios de la enfermedad (4). Para efecto de la historia que estamos relatando, se puede afirmar que desde mediados de los cincuenta ya existía un tratamiento efectivo para la fenilcetonuria.

Robert Guthrie, el padre de la pesquisa neonatal

En 1957 Robert Guthrie comienza a interesarse en el tamizaje neonatal. Además de su experiencia profesional, tenía dos muy buenas razones personales para interesarse en los métodos para prevenir el “retardo mental” específicamente de la fenilcetonuria: un hijo con discapacidad cognitiva severa cuya causa nunca fue dilucidada, y una sobrina que vivía en Texas, a quien le habían diagnosticado fenilcetonuria a los dieciséis meses, edad en que ya se había producido la discapacidad cognitiva. Guthrie, durante sus años de escuela secundaria, no había sido un estudiante brillante, tuvo que tomar clases remediales de trigonometría y ciencias. Las dificultades en la escuela no eran por falta de capacidades, pues en la universidad obtuvo seis grados en seis años, incluyendo el de médico y un Ph. D. en Bacteriología (5). Su verdadera pasión era la microbiología; afirmaba que, si tuviera la oportunidad de comenzar de nuevo, hubiera escogido microbiología.

Guthrie trabajaba en la ciudad de Nueva York en el Sloan Kettering Institute, determinando metabolitos en células leucémicas mediante el uso de métodos microbiológicos para tratar leucemia (1). En el año 1954, se trasladó a Búfalo, donde continuó sus estudios sobre la leucemia y, motivado por la enfermedad de su hijo, Guthrie fungía como presidente del Capítulo Local de la Asociación Nacional para Niños con Retardo Mental. Guthrie invitó a Robert Warner, director del Centro de Rehabilitación de Niños en Búfalo, a que les dictara una conferencia sobre fenilcetonuria, dado que él trataba niños con dicha enfermedad. Después de la conferencia, Warner le contó a Guthrie que tenía mucha dificultad para tratar sus pacientes, porque el envío de las muestras de orina a una compañía comercial que hacía la prueba de Phenistix, ubicaba en California, en el extremo sur del país, era costoso y complicado. Le sugirió a Guthrie que, usando sus profundos conocimientos en microbiología, inventara una prueba para esa enfermedad.

Guthrie desarrolló en tres días una prueba microbiológica simple en la que se impregnaba sangre en papel de filtro del que luego se cortaban discos con un perforador de oficina. Los discos impregnados de sangre se colocaban sobre una placa que contenía una gelatina de agar, en la cual se encontraban la bacteria Bacillus subtilis en presencia de todas las sustancias necesarias para su crecimiento y β-tienilalanina, sustancia químicamente muy parecida a la fenilalanina, que inhibe competitivamente el crecimiento de la bacteria pues no le permite usar la fenilalanina, aminoácido esencial para su crecimiento. Hizo experimentos aumentando las concentraciones de fenilalanina y observó que el bacilo crecía cuando las concentraciones de fenilalanina eran mayores que las del inhibidor. Guthrie colocó discos de papel de filtro que contenían la sangre de pacientes fenilcetonúricos y, como esperaba, observó que alrededor de ellos se formaron unos círculos que indicaban el crecimiento de la bacteria. En la misma placa colocaba otros círculos de papel impregnados de sangre de controles normales y otros con concentraciones crecientes y conocidas de fenilalanina, y observó que entre mayor era la concentración de fenilalanina mayor era el crecimiento de la bacteria. Por comparación entre el diámetro del halo de la mancha del paciente y las de los patrones, se podía deducir la cantidad aproximada de fenilalanina en la sangre del paciente. La prueba, por tanto, era semicuantitativa. Guthrie la llamó “prueba de inhibición del crecimiento bacteriano”. Posteriormente, y en su honor, se le denominó la “prueba de Guthrie”, nombre con la cual se conoce en todo el mundo (6, 7).

Dado que los recién nacidos fenilcetonúricos nacen completamente asintomáticos y que la sintomatología es producida por el aminoácido presente en las proteínas de la leche, lo ideal era diagnosticarlos poco después del nacimiento y comenzar inmediatamente su tratamiento con la leche libre de fenilalanina. Por lo tanto, la fenilcetonuria era la enfermedad ideal para ser diagnosticada y tratada desde el nacimiento antes de que aparecieran los síntomas.

Guthrie se interesó en aplicar masivamente la prueba de tamizaje para fenilcetonuria y pidió permiso en una entidad que atendía niños con discapacidad intelectual cerca de Rochester, Nueva York, para que le dejaran hacer el ensayo en esos pacientes. Aplicó la prueba en sangre en 3000 niños que ya habían sido examinados con la prueba colorimétrica de Phenistix en la orina y encontró 23 positivos, en tanto que con la prueba comercial solo se habían detectado 19.

Guthrie comenzó a recibir muestras desde otras partes de Estados Unidos, las cuales procesaba en dos hospitales, en los suburbios de Búfalo (3). Impresionada por el éxito obtenido, la Children’s Bureau le otorgó financiación para implementar el programa a nivel nacional. Después de haber hecho la prueba en 800 niños, se diagnosticó el primer caso de fenilcetonuria en el área de las cataratas del Niágara, un hecho casi milagroso si se tiene en cuenta que la frecuencia de la enfermedad es de 1:10 000 a 1:12 000 recién nacidos vivos en Estados Unidos (7).

Dado que había un tratamiento efectivo que prevenía la discapacidad cognitiva y otras complicaciones en estos niños, se propuso que la prueba se hiciera obligatoria en todos los recién nacidos y se comenzara su tratamiento antes de que se desarrollara la sintomatología. A pesar de los avances que mostraba Guthrie, hubo mucha oposición para que la prueba se hiciera en todos los recién nacidos con el argumento de que la enfermedad era muy poco frecuente.

Aunque Guthrie no lograba convencer a las autoridades de su propio Estado sobre la conveniencia del tamizaje en todos los recién nacidos, el Dr. Robert MacCready, director de los laboratorios de diagnóstico del Departamento de Salud Pública de Massachusetts, quien lo había visitado, había hecho el curso de una semana que dictaba Guthrie en Búfalo, y había visto de primera mano la efectividad de la técnica, así que regresó llevando los materiales que se les suministraba a los alumnos y comenzó a aplicar la técnica masivamente en ese Estado en 1962. Los cuatro primeros meses encontró tres casos de fenilcetonuria y cuando completó 53 000, recién había descubierto 9 casos, lo que significaba una incidencia de 1:5888 recién nacidos vivos (3).

El Dr. MacCready, a quien describen como una persona muy persuasiva, envió una carta a tres de las más importantes publicaciones en medicina: New England Journal of Medicine, The Lancet y Journal of Pediatrics, en la que sugería la conveniencia de establecer el programa de tamizaje para PKU en todos los recién nacidos. Esas cartas fueron determinantes para que se comenzara a practicar el tamizaje en otros Estados. Robert Guthrie así lo reconocía públicamente cuando relataba la historia del tamizaje en recién nacidos en Estados Unidos (3).

En el año de 1962, luego de la publicación de las cartas mencionadas, se comenzó una prueba en 29 Estados, impulsados en gran parte por el hecho de que una de las hermanas del entonces presidente de los Estados Unidos, John F. Kennedy, tenía una discapacidad cognitiva.

Guthrie era un trabajador incansable, y no perdió oportunidad para hacer que su prueba se extendiera por todo Estados Unidos; logró el apoyo de voluntarios y estudiantes que hacían trabajo social para colaborar en la elaboración de los kits de diagnóstico y de la perforación de los papeles de filtro. Todo esto ayudaba a ampliar el conocimiento y sumar adeptos a su campaña. Finalmente, el tamizaje se adoptó en 29 Estados.

En 1963 se publicó el Método de Guthrie en la revista Pediatrics. A partir de 1965 la prueba ha sido obligatoria en Estados Unidos; sin embargo, el proceso tuvo mucha oposición (8). En 1967 la Academia de Pediatría se pronunció en contra de su obligatoriedad, aduciendo, entre otras razones, que no se conocía el efecto del exceso de fenilalanina in utero, se cuestionaba la exactitud de la prueba, los niveles óptimos de fenilalanina, la proporción de individuos positivos que estarían en riesgo de desarrollar retardo mental, la duración y eficacia del tratamiento y el efecto de la dieta en las gestantes. También expresaba su inconformidad sobre la campaña de Guthrie en los medios de comunicación en favor de la aplicación forzosa de la prueba. En abril de 1966, en una conferencia sobre fenilcetonuria y enfermedades metabólicas relacionadas, se dijo: “Ya hemos experimentado el efecto práctico de la legislación que está en marcha en varios Estados, que incluye la presión pública en favor de la terapia específica, mientras que investigadores competentes no están de acuerdo sobre los criterios diagnósticos, el curso natural de la enfermedad y en cuanto al diagnóstico y tratamiento óptimo de la enfermedad” (9).

En 1961, la Oficina de Niños de Estados Unidos decidió financiar una prueba de tamizaje usando la prueba de Guthrie en 400 000 niños. Para la fabricación de los kits de diagnóstico, Guthrie recomendó a la compañía Miles, filial de Ames, en ese momento uno de los gigantes en la comercialización de pruebas de laboratorio, que realizaba y comercializaba la prueba Phenistix para fenilcetonuria, pero Ames puso como condición que primero se obtuviera la patente. Guthrie solicitó la patente y firmó un compromiso con Ames según el cual él no recibiría regalías, sino que el 5 % del producido neto se dividiría entre el Fondo para la Investigación de la Asociación Nacional de Niños con Retardo (National Association for Retarded Children Research Fund), la Asociación para la Ayuda a Niños con Limitaciones y la Fundación de la Universidad de Búfalo, donde Guthrie trabajaba como microbiólogo investigador (10).

Como Miles no cumplió la meta en el tiempo estipulado, Guthrie, que era una persona impaciente y diligente, con la muy valiosa ayuda de su técnica de laboratorio Ada Susi, elaboró 500 kits en una casa que había convertido en fábrica, contigua al Hospital de Niños de Búfalo. El costo de producción de un kit para 500 pruebas en manos de Guthrie era de seis dólares y Miles planeaba cobrar 262 dólares por cada uno. Guthrie trató de convencer a la compañía para que bajara el precio, pero esta no accedió. Debido a que el desarrollo de la prueba había sido patrocinado por dos organismos estatales, el Children’s Bureau, que aportó 742 000 dólares, y el Public Health Service, con 251 700 dólares, después de un litigio, el Departamento de Salud conceptuó que dado que la financiación era de fondos públicos, se recomendaba no concederle la patente a una compañía privada (10).

Durante una de las sesiones del Senado de Estados Unidos en la que se discutió el tema, el senador Russell B. Long pronunció una frase que resonó en Estados Unidos y otras partes del mundo, en lo que tenía que ver con patentes. Long dijo: “Dado que el deseo de hacer ganancias monopolísticas usando dineros públicos afecta adversamente la salud de nuestros niños, es tiempo de convocar un detente a estas prácticas inmorales y perversas”; agregó: “Otorgar monopolio de patentes a las investigaciones pagas con dineros públicos concentra el poder económico y político en las manos de unos pocos, lo cual está retardando nuestro crecimiento económico y está sofocando nuestras capacidades para protegernos” (1, 9).

Entre 1968 y 1969 Guthrie pasó un año con su familia en las islas del Pacífico, ayudando a establecer el programa de tamizaje. El programa se centralizó en Nueva Zelanda, donde se procesaban muestras de las otras islas. Su laboratorio en Estados Unidos siguió adoptando el método para otros aminoácidos y azúcares, y otras pruebas para enfermedades como la anemia de células falciformes y para el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH).

En un simposio en Heidelberg, en 1978, anunciaron que habían desarrollado cerca de 30 pruebas, de la cuales se implementaron 6, pues las otras no cumplían los criterios que se discutirán posteriormente (3).

La importancia del papel de filtro en el desarrollo del tamizaje

Robert Guthrie solía decir en sus entrevistas que su contribución más importante no había sido el método microbiológico para medir fenilalanina y otros aminoácidos y azúcares, sino haber ideado la toma de la muestra de sangre seca en papel de filtro (6). En la sangre recogida en papel de filtro, secada lentamente al aire y conservada en lugar seco y protegida de la luz, muchos de los componentes se mantienen estables durante varios meses, y para ciertos analitos hasta por varios años.

Poco después de que se publicaran los datos iniciales de Guthrie sobre el tamizaje para fenilcetonuria, Scheel y Berry analizaron 95 niños y reportaron una alta incidencia de falsos positivos en comparación con los datos de Guthrie, a lo que él replicó que aun cuando no se podía tener certeza acerca de las causas de las discrepancias, una de las posibles razones podía ser la diferencia en el papel de filtro usado para la toma de la muestra. Anotaba también, que para que el resultado fuera reproducible, era necesario que la mancha de sangre utilizada fuera del mismo tamaño, para que contuviera la misma cantidad de sangre (11). Este método para recoger y mantener la sangre hizo posible que las muestras fuesen remitidas para ser analizadas en otros Estados o países y centralizar los servicios de tamizaje en laboratorios de referencia muy especializados, que se dedican solo a tamizaje y alcanzan gran experiencia y, por ende, mayor calidad en los análisis. Esos laboratorios centralizados prestan servicios a otros Estados y regiones que no tienen las condiciones para realizar el tamizaje adecuadamente. También ha sido posible disminuir los costos, puesto que los grandes volúmenes permiten realizar economías de escala.

Dependiendo del calibre del papel de filtro, es decir, su textura y grosor, la cantidad de sangre que absorbe será mayor o menor. Para tener resultados reproducibles y que las concentraciones de las sustancias de la sangre se puedan cuantificar con exactitud, se requiere que el calibre y calidad del papel sean homogéneos y que la cantidad sea uniforme. Inicialmente el papel de filtro era cortado con un perforador de los que se usa en las oficinas para hacer huecos en las hojas de papel. Una persona ingeniosa en el Saint Joseph Hospital, en Los Ángeles, Mr. Robert Phillips, desarrolló una máquina para automatizar las perforaciones, y cuando se la mostró a Guthrie, él le sugirió que la modificara para hacer cuatro perforaciones en una sola mancha de sangre. El inventor disminuyó el tamaño de las perforaciones para tener las cuatro manchas que corresponden a cuatro muestras en una sola tarjeta de las que se usa para tamizaje. Guthrie adaptó y estandarizó la prueba para esos volúmenes más pequeños de muestra (3).

Es importante anotar que el papel usado en la actualidad no es igual al papel de filtro usado por Guthrie, este fue mejorando hasta hacer su superficie más homogénea, de forma tal que los resultados obtenidos al usar una fracción del mismo tamaño sean cuantitativamente reproducibles en cualquier parte del papel, y que los diferentes lotes de papel sean también homogéneos. Algunas pruebas que antes eran consideradas como de tamizaje ya son suficientemente confiables para diagnóstico, gracias —en gran medida— a los adelantos en la estandarización de la manufactura del papel para la toma de la muestra. El Centro para el Control de Enfermedades de Atlanta (CDC) publicó guías para la recolección de las muestras, pues aunque es un procedimiento sencillo, debe hacerse cuidadosamente para obtener resultados que se puedan cuantificar en forma confiable (12). Hoy en día, además del CDC, existen programas de control de calidad de las sociedades científicas que recomiendan el tipo y calibre del papel necesarios para garantizar resultados exactos y reproducibles. Este mismo método de recolección de sangre permite la determinación de las mutaciones para los errores innatos del metabolismo, usando pruebas moleculares (12, 13).

Tamizaje para hipotiroidismo

El hipotiroidismo congénito es un desorden ampliamente distribuido en el mundo. Se calcula que ocurre aproximadamente en 1:3000 a 1:4000 recién nacidos. Es una de las causas más comunes de discapacidad cognitiva prevenible (13). Al hipotiroidismo no tratado se le ha conocido como cretinismo. La mayoría de los niños que nacen con hipotiroidismo no muestran signos clínicos al nacimiento y la demora en el diagnóstico y en el inicio del tratamiento lleva a discapacidad cognitiva severa y otras anomalías como la disminución del sentido del gusto y del olfato, fatiga, dolores musculares y articulares, debilidad y aumento de peso.

La glándula tiroides sintetiza dos hormonas que regulan el metabolismo, la T4 y la T3. La T3 es la más activa, pero la T4 se considera como su precursor. La producción de la T4 está bajo el control de la hipófisis que segrega la hormona tirotropina (TSH). La liberación de TSH depende a su vez de la hormona estimulante de la hipófisis (TRH), la cual es sintetizada por el hipotálamo. Cuando los niveles de T4 disminuyen, aumenta la síntesis de TSH, cuya función es estimular la tiroides para que produzca más hormonas T4 y T3. Por lo tanto, el hipotiroidismo puede ser causado por defecto en el hipotálamo, la hipófisis o en la misma glándula tiroides. La gran mayoría de los casos de hipotiroidismo se deben a un defecto en la propia glándula tiroides: se le denomina hipotiroidismo primario (figura 4-1).

Sir William Gull en el año 1873 fue el primero en reconocer que el mixedema^IV era causado por una atrofia de la glándula tiroides. Bruch y McCune reportaron en 1944 el beneficio para el desarrollo mental de niños hipotiroideos que recibieron hormona T4 sintetizada químicamente, un medicamento muy económico y además efectivo, pues al igual que la hormona natural, se convierte en T3 en los tejidos periféricos (14).

Klein, Meltzer y Kenny en 1972 documentaron que el tratamiento antes de los tres meses de edad mejora el pronóstico para el desarrollo mental en los infantes con hipotiroidismo congénito; también mostraron que el daño cerebral era irreversible si el tratamiento no se inicia antes de los tres meses. Dada la alta prevalencia y las secuelas graves que produce el hipotiroidismo en los pacientes no tratados, era razonable intentar detectarlo en el recién nacido e iniciar el tratamiento antes de que se presente la sintomatología (15).

Aunque el tratamiento con T4 es muy efectivo, económico y estaba disponible hacía muchos años, su tamizaje en el recién nacido se introdujo solo entre 1975 y 1976, debido a que no se había inventado una prueba sensible y confiable para realizarlo. Esta se logró usando anticuerpos, que son moléculas que sintetiza el cuerpo humano para defenderse de partículas o de moléculas que le son extrañas. Los anticuerpos reconocen muy específicamente cualquier molécula. El concepto fue propuesto desde 1890 por Emil von Behring^V y Kitasato Shibasaburo, quienes describieron la actividad de las “antitoxinas” contra difteria y tétanos.

Figura 4-1. Control del metabolismo de la tiroides. Cuando hay baja producción de las hormonas tiroxina (T4) y triyodotironina (T3), estas retroalimentan al hipotálamo y la hipófisis para que segreguen sus hormonas estimuladoras: el TRH (hormona liberadora de la tirotropina) y la tirotropina (TSH). Si el nivel de T4 baja en el suero, el de TSH sube y viceversa. Con el signo (-) se señalan sustancias que actúan negativamente sobre la producción de las hormonas tiroideas. Con el signo (+), las sustancias estimuladoras I^-=(yodo). Somatostatina u hormona del crecimiento.

Paul Ehrlich, hacia 1891, formuló la hipótesis de que cuando un patógeno o una molécula invade al organismo humano o a los animales superiores, estos, para su defensa, producen unas moléculas muy específicas que llamó “Antikorper” (anticuerpo). Propuso la teoría selectiva o de especificidad de los anticuerpos usando la analogía de que un anticuerpo se une a la molécula invasora para neutralizarla en una forma tan específica como una llave encaja en su cerradura.^VI

Las moléculas que inducen la producción de los anticuerpos se denominan antígenos. La respuesta del animal en el que se inyecta el antígeno, o sea, la molécula que no le es propia, era mayor cuando la molécula era compleja, no solo por su tamaño sino por su composición química. Un anticuerpo se obtiene inyectando en un animal como el conejo las moléculas que nos interesa medir, como insulina, hormonas tiroideas, hormona del crecimiento, proteínas de una bacteria, etc. El animal se defiende produciendo anticuerpos, que, como ya se dijo, son proteínas muy específicas que reconocen y neutralizan a la molécula agresora. Por lo tanto, para usarlos como reactivos, se purifican los anticuerpos de la sangre del conejo, en nuestro caso. La producción de anticuerpos es muy efectiva contra las moléculas grandes, como la hormona del crecimiento o la albúmina; no así con moléculas pequeñas como la hormona de la tiroides T4, que se deriva del aminoácido fenilalanina y tiene una masa molecular cincuenta veces más pequeña que una proteína no muy grande. Para aumentar la inmunogenicidad frente a las moléculas pequeñas, se inyecta el antígeno con una mezcla de aceite y agua, alúmina, liposomas, microesferas u otras moléculas llamadas coadyuvantes, que aumentan la reacción del animal ante la sustancia extraña.

Rosalyn Yalow (1921-2011). Recibió el Premio Nobel en 1977 por el desarrollo del radioinmunoensayo para las hormonas peptídicas.

Rosalyn Yalow es un modelo muy positivo de la defensa de los derechos de la mujer. Autodeclarada feminista, trabajó en la Universidad de Illinois, siendo una entre más de 4000 profesores, de quienes ganó respeto y admiración. No le fue fácil ingresar a hacer sus estudios superiores en física por ser mujer y judía; inclusive, para ingresar al posgrado en física, tuvo que aceptar un cargo de secretaria del jefe de departamento, quien le puso como condición que aprendiera taquigrafía. Yalow decía que: “Cualquier cosa que haga la mujer debe hacerlo dos veces mejor que un hombre para que sea considerada la mitad de buena”. Yalow era ferviente admiradora de madame Curie y recomendaba que todas las mujeres que aspiraran a ser científicas deberían leer su biografía. Ambas científicas compartieron rasgos de vida muy similares.

El desarrollo del radioinmunoensayo (RIA)

Para poder usar los anticuerpos en la identificación de moléculas —grandes o pequeñas— era necesario acoplarlos a sustancias coloreadas o de otra índole que se pudieran medir fácilmente, y que tuvieran una alta sensibilidad para poder medir las concentraciones muy pequeñas de las hormonas sanguíneas.

Rosalyn Yalow, una física nuclear, y Solomon Berson, médico en el Hospital de Veteranos de Nueva York, desarrollaron a mediados de los años 50 el método de radioinmunoensayo para cuantificar hormonas u otras sustancias que se encuentran en concentraciones muy pequeñas. Por ejemplo, para medir en sangre la ACTH,^VII una hormona que libera la glándula pituitaria, usando radioinmunoensayo se necesitaban solo unos pocos microlitros de suero sanguíneo. A Yalow se le otorgó la mitad del premio, Solomon Berson murió en 1972. Si hubiera estado vivo, seguramente también hubiera compartido el Premio Nobel. La otra mitad se repartió entre Roger Guillemin y Andrew Schally por sus descubrimientos relativos a la producción de hormonas peptídicas en el cerebro.

En el radioinmunoensayo, en su versión más simple se marca con yodo radioactivo la molécula que se quiere medir; por ejemplo, para medir la T4 en sangre, se mezcla una cantidad determinada de esa molécula marcada radioactivamente con el suero que contiene la T4 del suero y se agrega el anticuerpo. Como las dos hormonas, marcada y no marcada, son equivalentes, entre más hormona hay en el suero de la persona, menos hormona marcada, se unirá al anticuerpo, es decir, la cantidad de radiactividad ligada será inversamente proporcional a la hormona presente en el suero.

Aplicación del radioinmunoensayo para el tamizaje del hipotiroidismo

El hipotiroidismo congénito se conoce desde hace muchos años; produce discapacidad cognitiva severa y otras manifestaciones como piel seca y fría, caída del cabello, ganancia de peso, intolerancia al frío, fatiga, etc. Thomas Curling, en 1850, describió un niño con manifestaciones de hipotiroidismo congénito, a quien en la autopsia no se le encontró glándula tiroides. William Osler, el padre de la medicina moderna, relacionó la deficiencia de la función tiroidea y los cambios característicos encontrados en el cretinismo esporádico. Osler hacia énfasis en que se debía escuchar al paciente porque este le dictaba el diagnóstico al médico. Anecdóticamente se cuenta que una vez en MacGill entró a ver un paciente que no estaba en la cama y sin verlo preguntó a los estudiantes: “¿Dónde está el paciente hipotiroideo?” ¿Cómo llegó Osler al diagnóstico en ausencia del paciente? La respuesta es: sobre la cama tenía cobijas extras para el frío, había mucho pelo en la almohada y sus ropas eran de una persona obesa. Todas, características del hipotiroidismo. La clínica del hipotiroidismo se conocía y ya había métodos para cuantificar la hormona pero se requería un método específico, sensible y fácil de automatizar para cuantificar estas hormonas pequeñas pues a diferencia de la insulina y la hormona del crecimiento, que son proteínas, las hormonas tiroideas son moléculas derivadas de un solo aminoácido

A comienzos de la década de los 70, en la Universidad de California, en Los Ángeles, Inder J. Chopra, usando las técnicas inventadas por Yalow y Bateson, desarrolló el radioinmunoensayo para T3 y T4 (16, 17).

Jean H. Dussault, médico canadiense que trabajaba con Robert Volpe en la trasferencia de T3 en placenta, fue a entrenarse en California en el laboratorio de D.

A. Fischer, en el uso de ovejas como modelo experimental para hipotiroidismo, y allí fue compañero de Chopra. Cuando Dussault regresaba a Canadá en el año de 1970, recibió como regalo de despedida anticuerpos para T3, T4 y TSH.

La enfermedad es difícil de diagnosticar clínicamente en los primeros días, pero como se mencionó, tiene la ventaja de que los efectos se pueden detener y reversar en su mayoría si el paciente se trata tempranamente con L-tiroxina, por lo tanto, Dussault pensó que era una enfermedad ideal para ser tamizada en los recién nacidos. Una afortunada circunstancia le ocurrió a su arribo a Montreal, se le asignó un laboratorio ubicado cerca al laboratorio regional donde se estaba haciendo tamizaje para fenilcetonuria y tirosinemia, usando muestras en papel de filtro. Conjuntamente con sus colaboradores, durante 1971 y 1972 se dedicaron a desarrollar un método de radioinmunoensayo para T4 en papel de filtro. Dicho método no fue aceptado para ser presentado en la reunión de la Sociedad de Endocrinología en 1972, pero fue divulgado posteriormente en una reunión local en Quebec y luego en la Sociedad Canadiense de Investigación Clínica en 1973 (18).

Lo primero que debían decidir era si se iba a hacer la prueba en sangre total tomada en papel de filtro o en suero; por razones de conveniencia se escogió la sangre tomada del talón en papel de filtro. Ese año tamizaron 30 000 muestras y encontraron cuatro casos de hipotiroidismo. Los resultados fueron sometidos para su publicación en Clinical Chemistry y en la New England Journal of Medicine. No fueron aceptados por considerarlos irrelevantes, por lo que se divulgaron en una publicación de menor circulación, en francés. En el año de 1974, el método comenzó a ser solicitado y en la provincia de Quebec (Canadá) el tamizaje de hipotiroidismo se adicionó a los de fenilcetonuria y tirosinemia (18).

Después de que el estudio fue publicado en la Journal of Pediatrics, William Murphey, Ph. D., inició programas en Nueva Inglaterra, Oregón (Estados Unidos), y en Francia. Dussault y colaboradores desarrollaron también métodos para determinar TSH y TBG-tiroglobulina, que dan indicación de la T4 libre en sangre, la fracción realmente activa, pues la ligada a proteínas no lo es.

Otra decisión importante que se debía tomar era si para el tamizaje se debía medir T4 total o TSH. Como ya vimos en el hipotiroidismo la T4 se encuentra disminuida y la TSH está elevada; en teoría, la TSH, que es una proteína, es más específica y fácil de medir. Luego de algunas publicaciones que comparaban los resultados obtenidos midiendo T4 y TSH en que se encontraron tasas de falsos positivos similares, algunos países optaron por medir T4, en tanto que otros optaron por TSH, y algunos las dos simultáneamente (18-20).

Otra controversia se centró en el tiempo óptimo para la toma de muestra. Antes de las 24 horas en el recién nacido hay un incremento en TSH que regresa a la normalidad después de 48 horas, por lo tanto se recomendó que la muestra se tomara después de 48 horas (13, 21).

Jean Dussault (1941-2003). Nacido en la ciudad de Quebec en 1941. Endocrinólogo canadiense reconocido por sus grandes aportes al tamizaje neonatal. En el año 1972 publicó el método de radioinmunoensayo para detectar el hipotiroidismo en el recién nacido, con miras a evitar el retardo mental. Dussault se negó a patentar su invento para que fuera del dominio público y beneficiara un número mayor de personas, decisión que también compartieron sus colaboradores.

También se destaca su trabajo sobre los receptores de hormonas tiroideas y el efecto de las hormonas tiroideas en el desarrollo cerebral. Dussault lideró desde su laboratorio una importante generación de endocrinólogos y publicó más de 200 artículos acerca de sus investigaciones.

El hipotiroidismo en los recién nacidos es una de las causas de deficiencia cognitiva más frecuentes, fáciles y económicas de tratar. Por eso, junto con la fenilcetonuria es el tamizaje que se hace en un mayor número de países alrededor del mundo. Las pruebas de tamizaje se deben confirmar haciendo TSH y T4 libre en una muestra distinta, suero. Existe la posibilidad de hipotiroidismo transitorio por lo cual los pacientes se deben reevaluar a los 3 años.

La prueba de TSH permite identificar también el hipotiroidismo por defectos en la hipófisis y sospechar los producidos por defectos en el factor estimulante de la tiroides que se origina en el hipotálamo (figura 4-1), que, aunque son poco frecuentes, deben tenerse en cuenta en el diagnóstico diferencial del hipotiroidismo por defectos en la glándula tiroides.

Tamizaje de 50 enfermedades en una gota de sangre

En la actualidad, una gota de sangre tomada en papel de filtro se puede usar para tamizaje de más de 50 enfermedades usando espectrometría de masas en tándem.

Esta metodología fue desarrollada por David Millington, experto en espectrometría de masas, quien en 1990 llegó a trabajar en la Universidad de Duke. Allí se le pidió analizar una muestra de orina de un paciente con acidemia propiónica. Identificó un pico que correspondía a propionil carnitina,^VIII lo que indicaba que el método servía para identificar metabolitos presentes en la orina de pacientes afectados por acidemias orgánicas. Luego, por sugerencia de un colega médico, Steven Kahler, comenzó a usar la técnica en el diagnóstico de desórdenes de acidemias orgánicas y desórdenes de la oxidación de ácidos grasos en una sola gota de sangre (22); posteriormente se amplió para la determinación de algunos aminoácidos (23, 24) y después se amplió para tamizaje neonatal de EIM de azúcares y lípidos (25-27). Según Millington, lo que lo atrajo de esa tecnología es que se podía poner una muy pequeña cantidad del material en la máquina y en menos de cinco minutos se obtenía muchísima información acerca de su estructura.

En total en Estados Unidos para tamizaje neonatal se recomienda un panel básico de 34 enfermedades y un panel de blancos secundarios para más de 25 (28). Un hallazgo en el tamizaje se debe confirmar con otras pruebas como la cromatografía líquida, o la cromatografía de gas combinada con la espectrometría de masas GC/MS.

La muestra en sangre seca permite además el diagnóstico de muchas deficiencias enzimáticas, usando espectrometría de masas en tándem MS/MS (29–31). Se hace tamizaje por ejemplo para las mucopolisacaridosis, midiendo simultáneamente 4 o 5 enzimas para enfermedades en las cuales la clínica es muy semejante (30).