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1. INTRODUCCIÓN
Diariamente, convivimos con las siete magnitudes base y sus derivadas, que conforman el Sistema Internacional de Unidades (SI) y al mismo tiempo coexistimos con la biotecnología. Por citar algunos ejemplos, la biotecnología es la responsable que un bioquímico tenga disponible diversos biomarcadores para determinar un diagnóstico médico, que se pueda llevar adelante un protocolo de RT-PCR o que se cuenten con una diversidad de kits para el testeo rápido de aquellos que presenten síntomas compatibles con el COVID-19, que las personas puedan revelar su identidad en caso de desconocerla, que podamos tener una vacuna contra el SARS-CoV-2, entre otros. Entonces, ¿Qué relación tiene la metrología con la biotecnología? ¿Somos conscientes de la importancia de la metrología en la biotecnología y viceversa?
2. DE LA METROLOGÍA FUNDAMENTAL A LA BIOMETROLOGÍA
La humanidad siempre ha necesitado medir para poder evolucionar y los primeros registros del oficio de medir remontan desde los orígenes de las civilizaciones. En la Tabla 1 se resumen los principales hitos de la historia de la metrología. El último gran acontecimiento transcurrió el 20 de mayo del 2019 con la redefinición del SI.
El avance de la biología molecular y la genética durante la segunda mitad del siglo XX ha permitido el desarrollo de técnicas de ingeniería genética que conllevaron a la creación de uno de los recursos esenciales en los proyectos de investigación biotecnológica: los organismos genéticamente modificados (OGM). El conjunto de todas esas tecnologías constituye el núcleo de la biotecnología contemporánea. Sus aplicaciones más destacadas incluyen: el aislamiento e identificación de genes, tecnologías para su manipulación y conservación, y todas aquellas que permiten la creación de nuevos genes. Sin embargo, nada de esto hubiese sido posible sin el descubrimiento de la estructura doble helicoidal del ácido desoxirribonucleico (ADN). El ADN es la molécula responsable de almacenar nuestra información genética y su estructura fue resuelta por Watson y Crick en 1953. Esta revelación fue clave en el desarrollo posterior de toda la colección de técnicas disponibles utilizadas por científicos de todo el mundo. Entre ellas tenemos las tecnologías del ADN recombinante en 1973. El perfeccionamiento de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), para la amplificación exponencial del ADN, presentada por Mullis en 1984. La clonación de la oveja Dolly en 1996, entre otras.
Durante la vigésima CGPM en 1995, la bioquímica Mariane Grunberg-Manago brindó un discurso sobre la importancia de las mediciones en sus investigaciones. Allí describió brevemente la genética humana y cómo ha sido posible la identificación de algunos genes, responsables de enfermedades genéticas, mediante el mapeo del genoma humano. Ante una comunidad que quizás nunca había imaginado la posibilidad de medir fragmentos de ADN, finalizó el discurso con las siguientes palabras:
“He tratado de mostrarles como la biología molecular necesita la disciplina de la metrología a la que ustedes mismos están apegados. Durante esta semana, perfeccionarán este arte que es de ustedes” [6].
Estas palabras fueron disparadores para muchos metrólogos que tomaron consciencia de la importancia de aplicar metrología en biotecnología. Y, además, marcó el nacimiento de lo que hoy podríamos denominar la biometrología. Una nueva ciencia donde dos disciplinas se empezaban fusionar, quedando demostrado que las ciencias de las mediciones iban más allá de la física y la química.
El crecimiento de la biotecnología en la salud, la producción de alimentos, la medicina forense y la protección del medio ambiente inició un debate en la vigésimo primera CGPM en 1999. Allí concluyeron que era necesario contar con un sistema metrológico adecuado [7]. Finalmente, en el sexto encuentro del CCQM, se logró la formación del grupo de trabajo ad-hoc de bioanálisis (BAWG) [8]. Se propuso el desarrollo y mantenimiento de una estructura de mediciones críticas y patrones para apoyar a la industria biotecnológica. En 2003, se reunieron y definieron que la cuantificación de ADN era la primera línea de trabajo con los propósitos de mejorar la comparabilidad de esas mediciones y de determinar los factores que contribuyen a un resultado preciso y con su correspondiente valor de incertidumbre. El primer estudio se enfocó en la PCR cuantitativa (qPCR) y luego le siguieron otros [9].
Desde mediados de los 90, en que se abrió la discusión de la metrología en la biotecnología, los científicos han estado desarrollando sus proyectos buscando resolver aquellos problemas metrológicos que nadie antes había enfocado su atención. Han estado trabajando en “Biometrología”. Mientras tanto es importante destacar que actualmente el CAWG, PAWG y NAWG continúan trabajando con el propósito de:
“Desarrollar una infraestructura biometrológica que permita obtener resultados cada vez más precisos, reproducibles y con trazabilidad al SI [ 5 ] ”.
Los inicios de la biometrología proceden desde fines de los años 90 y sería acertado citar a Helen Parkes quien cuestionaba la necesidad de una estructura metrológica en las mediciones aplicadas a las ciencias biológicas [10]. En varias ocasiones dejaba en claro que la falta de reproducibilidad de las mediciones era un asunto que no se podía pasar inadvertido y las publicaciones que se citan en la Tabla 2 avalan esta afirmación. En la actualidad, H. Parkes continúa aportando nuevos conocimientos a la comunidad científica, inspirando a las nuevas generaciones a seguir trabajando hacia un objetivo en común: la biometrología.
¿Será posible considerar metrología en biotecnología? ¿Es un horizonte inalcanzable en nuestros días? En el siglo pasado pareció ser una meta difícil de conseguir y muy pocas personas eran conscientes de la importancia de la metrología en la biotecnología. Pero, hoy ya es una realidad y aún queda mucho por trabajar.
3. MENSURANDOS BIOLÓGICOS Y MÉTODOS DE MEDICIÓN
¿Qué se puede medir? ¿Cuáles son los métodos que permiten la caracterización de los mensurandos biológicos? En todo proceso de medición, uno de los requerimientos esenciales es la definición del mensurando. Dentro de la biotecnología, podemos identificar tres grandes grupos: ácidos nucleicos, proteínas y entidades celulares. En la Tabla 3, se resumen algunos ejemplos y se listan los métodos comúnmente utilizados por la comunidad científica.
En los apartados anteriores se mencionó la palabra biometrología y en principio, podríamos definirla como la metrología aplicada a las ciencias de la vida. No obstante, la existencia de una amplia variedad de aplicaciones puede hacernos suponer que parecieran no estar relacionadas entre si, pero, según los trabajos de H. Parkes, se identifica claramente una palabra en común: cuantificar (ácidos nucleicos, proteínas, lípidos, entre otros). A continuación, en la Tabla 4, se citan ejemplos. Es importante resaltar que la lista es infinita y solo nos centraremos en unos pocos, animando al lector a continuar con la búsqueda de ellos.
4. BIOMETROLOGÍA: UN NUEVO DESAFÍO PARA LOS METRÓLOGOS
Los metrólogos que se dedican a la metrología científica fundamental quizás no ven posible que la biotecnología pueda ser parte de su trabajo. Muchos tienden al desconocimiento de esta aplicación cuando la realidad es que en un laboratorio de biología molecular todo el tiempo se está midiendo y detrás de esas mediciones está la metrología.
La falta de reproducibilidad y repetibilidad son dos grandes inconvenientes que a menudo se observan cuando el mensurando que se quiere medir se trata de una molécula, una proteína o una célula. Allí es donde la biometrología viene a ocupar su lugar. Resultados que no son reproducibles, comúnmente suelen aparecer cuando se intenta reproducir experimentos que previamente fueron llevados a cabo por otros científicos o al repetir experimentos utilizando reactivos de distintos proveedores. Otras de las razones de gran importancia es la complejidad de los sistemas biológicos en el que intervienen una infinidad de interacciones que suelen ser susceptibles a cualquier variación del entorno. Entonces, es muy común pensar que es imposible aplicar conceptos metrológicos a los sistemas biológicos debido a la enorme cantidad de variantes que presentan. Sin embargo, hoy en día muchos grupos de investigación están dedicando todos sus esfuerzos para lograr una estandarización global que conlleve a producir resultados equivalentes [22]. Especialmente en mediciones en sistemas dinámicos, donde las rutas metabólicas son independientes, donde procesos sutiles de reconocimiento molecular e interacción están ocurriendo y la desnaturalización y modificaciones post traduccionales de las proteínas son posibles [23].
Hasta aquí hemos visto que la biometrología es una ciencia naciente, todavía queda mucho trabajo por delante. Por fortuna, cada vez son más los científicos toman conciencia de la importancia de los procesos de medición, de identificar las posibles fuentes de incertidumbre durante el proceso de medición, de la necesidad de contar con materiales de referencia certificados que nos brinden resultados trazables al SI en cualquier parte del mundo. Entonces, ¿qué es la biometrología? El 12 de abril de 2017, en la Massive Analysis and Quality Control Society Conference en los Estados Unidos, se presentó una definición que establece que la Biometrología es la ciencia de las biomediciones que permite la comparabilidad global de los resultados de medición bioanalítica de características biológicas, con trazabilidad a SI, unidad legal o acordada internacionalmente. Por último, ¿qué se puede cuantificar en biotecnología? En este momento, la respuesta llega hasta los límites que impone la tecnología existente. Sin embargo, la lista es interminable y este es el desafío por delante de la biometrología.
5. CONCLUSIONES
En los últimos años, la biotecnología se ha expandido en una diversidad de productos y servicios que aún continúan creciendo de manera exponencial. Los biometrólogos han estado sentando precedentes con investigaciones cuyas metas principales estaban enfocadas en la validación de las mediciones para la cuantificación de ADN, ARN, proteínas, entidades celulares, entre otros. Sin embargo, es importante destacar que esta nueva ciencia emergente: la biometrología, converge del conocimiento que las ciencias médicas, físicas, químicas fueron desarrollando a lo largo de la historia de la humanidad. Con este artículo se pretende mostrar que la metrología y la biotecnología son dos ciencias que trabajan de manera conjunta, afirmando que resta un largo camino por recorrer, investigar y sobre todo por mejorar.
Finalmente, el resultado de esta investigación nos lleva a pensar que la metrología es una ciencia que está presente pero invisible en el desarrollo de múltiples áreas de investigación. Atrás va quedando el paradigma de ciencias que “trabajan por separado” y se va abriendo la posibilidad de un nuevo paradigma: “ciencias básicas que se fusionan para ser ciencias multidisciplinarias” con un único fin: generar beneficios para todos.
