¿Cómo puede un océano sano mejorar la salud humana y el bienestar en un planeta que cambia rápidamente?

La rica biodiversidad del océano ofrece enormes oportunidades para mejorar la salud y el bienestar humanos mediante el suministro de nuevos medicamentos y nuevas biotecnologías. Sin embargo, nuestra capacidad para aprovechar estas oportunidades depende completamente de la salud del océano.

La biodiversidad del océano se encuentra actualmente amenazada. A menos que la humanidad tome medidas urgentes para proteger esta diversidad biológica, se perderán más especies marinas, los secretos genéticos y biológicos que estos organismos albergan desaparecerán para siempre, y sus potenciales beneficios para la salud y el bienestar humanos jamás se materializarán.

Las acciones para explorar, preservar y gestionar de manera sostenible, ética y equitativa la biodiversidad marina tienen un gran potencial para producir nuevos medicamentos y biotecnologías novedosas en beneficio de la salud y el bienestar humanos.

Beneficios de la biodiversidad marina para la salud humana

El océano alberga una increíble diversidad de vida. De los 42 filos biológicos (principales grupos de organismos vivos) actualmente reconocidos, más del 80 % existe únicamente en el océano (Katona et al., 2023). Estas especies habitan una asombrosa variedad de ecosistemas. Los organismos que viven en el océano han desarrollado adaptaciones químicas, físicas y comportamentales únicas que no se observan en ningún otro lugar de la Tierra y representan un gran potencial para la humanidad.

Los organismos marinos han tenido mucho más tiempo para adaptarse a su entorno que la mayoría de las especies terrestres y, por lo tanto, han tenido más oportunidades de adquirir rasgos genéticos únicos y desarrollar una amplia gama de adaptaciones metabólicas y químicas (Voser et al., 2022). Es muy probable que las soluciones biotecnológicas para una amplia gama de problemas se encuentren en los rasgos expresados por los organismos marinos (Carroll et al., 2023).

El estudio de las características distintivas de la vida marina ya ha dado lugar a avances científicos, nuevos conocimientos y una gama de productos útiles que han mejorado la salud y el bienestar humanos (desde analgésicos alternativos hasta micronutrientes que pueden prevenir enfermedades crónicas y materiales compuestos ultrarresistentes) (véase Rotter et al., 2021, para una lista completa). Estos avances se han traducido en miles de nuevos empleos en biotecnología marina, biomedicina y descubrimiento de fármacos. Han generado millones de dólares anuales en ingresos; solo el mercado de productos farmacéuticos de origen marino está valorado actualmente en 1.410 millones de dólares y se prevé que alcance los 1.410 millones de dólares para 2033 (Fact.MR, 2023). Hasta ahora, estos avances han beneficiado principalmente a quienes viven en el Norte Global (en particular, a las corporaciones multinacionales), y se ha obtenido poco beneficio de los países de ingresos bajos y medios (PIBM), donde se originaron muchos de estos descubrimientos (Blasiak et al., 2018).

Para que nuevos productos biotecnológicos, médicos y farmacéuticos sigan surgiendo del océano y la economía oceánica siga creciendo, debemos tener la sabiduría y la valentía de forjar alianzas intersectoriales e internacionales que preserven el océano y prioricen la salud y el bienestar humanos. Estas colaboraciones conservarán y gestionarán eficazmente la rica diversidad biológica del océano y garantizarán el uso sostenible y equitativo de los recursos marinos para todas las personas y para las generaciones futuras.

Oportunidades clave para la salud humana

Medicinas del mar

Se estima que se han descubierto en la vida marina (incluyendo bacterias, hongos, peces e invertebrados marinos) unas 30.000 moléculas únicas, aproximadamente el 10 % de todos los productos naturales conocidos actualmente (Lindequist, 2016). Estos materiales tienen innumerables aplicaciones potenciales en biomedicina y biotecnología. Hasta la fecha, se han desarrollado 23 agentes farmacéuticos aprobados a partir de moléculas marinas, y otros 33 se encuentran en ensayos clínicos y desarrollo (Antunes et al., 2023). Ya se han utilizado para el tratamiento de la inflamación, trastornos del sistema inmunitario, patologías cutáneas, enfermedades infecciosas y cánceres (CHEMnetBASE, s.f.; Pascual Alonso et al., 2023).

Como ejemplo de moléculas marinas únicas, la plitidepsina (una molécula derivada de la ascidia, Aplidium albicans (Milne Edwards 1841)) se ha utilizado para tratar la leucemia y los linfomas. Durante la pandemia de COVID-19, se demostró su eficacia en un ensayo clínico limitado con pacientes con COVID-19 grave (White et al., 2021). Las conotoxinas (neurotoxinas aisladas de caracoles cono depredadores) son la base del potente analgésico Ziconotide® (Safavi-Hemami et al., 2019). El caso práctico 1 describe el desarrollo exitoso de medicamentos anticancerígenos a partir de cianobacterias marinas.

La tetrodotoxina es un ejemplo de molécula biológicamente activa derivada de microalgas marinas, entre otros organismos (Chau et al., 2011). Potente neurotoxina en dosis altas, la tetrodotoxina en dosis bajas se está investigando por su potencial analgésico como anestésico local y para el tratamiento del dolor neuropático inducido por quimioterapia y el dolor relacionado con el cáncer (Cerone y Smith, 2021). También puede reducir los síntomas de abstinencia de la adicción a opioides (González-Cano et al., 2021).

En el futuro próximo, podemos esperar muchos más medicamentos nuevos basados en compuestos marinos. El potencial económico de estos compuestos es enorme, pero solo si se lleva a cabo una exploración equitativa, ética y sostenible.

Química verde marina

Los organismos marinos son muy prometedores como fuente de nuevos catalizadores que pueden usarse en la "química verde", que busca aprovechar los catalizadores naturales (por ejemplo, las enzimas) y sus procesos para producir las reacciones químicas que actualmente realiza la "química marrón" convencional (esta última a menudo basada en productos químicos persistentes y contaminantes derivados del carbono fósil).

Los catalizadores marinos incluyen las celulasas marinas, que descomponen la celulosa (p. ej., la madera), el compuesto orgánico más abundante del planeta. Se han descubierto otras enzimas microbianas marinas que podrían degradar los microplásticos (aunque los aditivos tóxicos de los plásticos siguen siendo un desafío) (Zhai et al., 2023).

Estos materiales son de considerable interés debido a su potencial para generar bioproductos verdes con aplicaciones en medicina, energía, química alimentaria y agricultura (Navvabi et al. 2022).

ESTUDIO DE CASO 1. Medicamentos anticancerígenos a partir de cianobacterias marinas

Las cianobacterias (algas verdeazuladas) son un antiguo grupo de organismos que surgió en la Tierra hace unos 2000 millones de años. Algunas cianobacterias son abundantes productoras de sustancias biológicamente activas, y algunos depredadores de cianobacterias, como las babosas marinas, pueden acumular estos compuestos biológicamente activos y utilizarlos para su propia defensa. Varios compuestos cianobacterianos extraídos de las babosas marinas son muy prometedores para el tratamiento de enfermedades como el cáncer.

Fuente:

Autores, Seattle Genetics Inc.

DESCUBRIMIENTO DE LA DOLASTATINA 10 Y SU APLICACIÓN COMO MEDICAMENTO ANTICANCEROSO

La dolastatina 10 (Figura CS-1.1) es un producto natural descubierto originalmente en una babosa marina del océano Índico, Dolabella auricularia (Lightfoot 1786), y producido por una cianobacteria marina (Pettit et al. 1987; Luesch et al. 2001). La dolastatina 10 posee una actividad antitumoral extremadamente potente. Su disponibilidad natural, muy limitada al principio, retrasó su desarrollo como fármaco anticancerígeno, pero su síntesis en el laboratorio ha proporcionado un amplio suministro para su desarrollo continuo.

Actualmente, se utilizan seis fármacos diferentes que contienen anticuerpos contra la dolastatina 10 para tratar diversos tipos de cáncer, como linfomas y carcinomas. Otra docena de fármacos relacionados se encuentran en diversas etapas de evaluación clínica para tratar otros tipos de cáncer.

Industria de cero residuos

Productos como suplementos alimenticios, combustibles y nanopartículas fabricados con recursos marinos pueden generar menos residuos y menos CO2 que los creados mediante otros procesos de fabricación (Vijayan et al., 2016; Pessarrodona et al., 2023). Por ejemplo, el fitoplancton marino es una fuente rica de ácidos grasos poliinsaturados, especialmente ácidos grasos omega-3 de cadena larga (Cerone y Smith, 2021). Estos ácidos grasos, con un valor nutricional y económico, pueden extraerse de forma sostenible y estabilizarse y distribuirse con una cantidad significativamente menor de residuos para fines acuícolas mediante nanoencapsulación (Hosseini et al., 2021).

Las microalgas marinas también se han investigado ampliamente como nuevas fuentes de lípidos especiales, incluidos aquellos que pueden usarse como fuentes de energía (por ejemplo, biocombustibles) (Maeda et al. 2018).

Biomimetismo

La biomímesis es una estrategia de "solución basada en la naturaleza" (SBN) para crear nuevas tecnologías basadas en las adaptaciones únicas de los organismos. En el contexto de la biotecnología marina, su objetivo es crear soluciones de diseño sostenibles inspiradas en el océano y productos respetuosos con el medio ambiente. Un ejemplo es un material compuesto extremadamente resistente y duradero con múltiples usos potenciales (p. ej., aviones, automóviles, dispositivos médicos), inspirado en las capas helicoidales de quitina presentes en el caparazón del camarón mantis (Figura 2) (Rivera et al., 2020; Xin et al., 2021).

Los múltiples usos de las algas marinas

Las algas marinas representan importantes oportunidades para la biotecnología azul. Por ejemplo, el estudio de caso 2 describe el desarrollo de bioplásticos a partir de algas marinas como alternativas potencialmente sostenibles a los plásticos derivados de combustibles fósiles que actualmente contaminan el océano (Figura 3).

Las algas cultivadas tienen un alto valor para fines alimenticios, cosméticos y médicos (Naylor et al. 2021). Las algas marinas son ricas en nutrientes esenciales (carotenoides, vitaminas y antioxidantes fenólicos) y, por lo tanto, pueden ayudar a mitigar las dietas pobres en nutrientes de muchas poblaciones costeras; estos materiales pueden producirse utilizando métodos acuícolas socialmente conscientes y ambientalmente y económicamente sostenibles, así como a través de la producción industrial a gran escala (Wells et al. 2017) (ver Sección 2). La producción de algas a gran escala es una fuente potencial de fertilizantes agrícolas no químicos porque las algas contienen metabolitos que pueden mejorar el crecimiento de los cultivos (Nabti et al. 2017). Un género de alga roja, Asparagopsis (Montagne 1840), se está explorando como un suplemento para vacas lecheras y de carne, ya que reduce significativamente sus emisiones de metano; El metano de los animales rumiantes es responsable de aproximadamente el 15 por ciento de las emisiones antropogénicas globales de gases de efecto invernadero (Roque et al. 2021; HoeghGuldberg et al. 2023).

Fuente:

Adaptado de Xin et al. (2021).

ESTUDIO DE CASO 2. Algas marinas en bioplásticos

La gran y creciente dependencia de la humanidad de los plásticos afecta no solo la salud del océano, sino también la salud humana, debido a la liberación de sustancias químicas sintéticas nocivas y contaminantes tóxicos en cada etapa de su ciclo de vida (Landrigan et al., 2023). Más del 98 % de todos los plásticos se fabrican actualmente a partir de carbono fósil: carbón, petróleo y gas. La producción mundial de plástico está aumentando exponencialmente y se prevé que se duplique para 2040 y se triplique para 2060. La disminución de la demanda mundial de combustibles fósiles es un factor clave del aumento de la producción de plástico, a medida que la industria de los combustibles fósiles se orienta hacia la producción de plástico.

Los bioplásticos ofrecen una vía de transición hacia la reducción del plástico. Son "materiales verdes" elaborados con materiales vegetales o algas ricos en carbono que pueden cultivarse en una amplia gama de entornos en muchas regiones costeras, desde los trópicos hasta las altas latitudes. Indonesia es actualmente líder mundial en la industria de bioplásticos de algas marinas, con la reciente aparición de al menos dos empresas (EVOWARE® y Biopac®).

Los bioplásticos elaborados a partir de algas marinas son potencialmente más seguros para la salud de los océanos y las personas que los plásticos derivados del petróleo (Figura CS-2.1). La emergente industria de bioplásticos de algas marinas tiene el potencial, si se gestiona adecuadamente, de facilitar una transición ética de prácticas industriales perjudiciales a prácticas respetuosas con el medio ambiente (Lomartire et al., 2022).

Otro enfoque para la producción de bioplásticos, en el que participan dos empresas francesas (ERANOVA® y Algopack®), utiliza dos especies de algas (Ulva spp. y Sargassum spp.) que se encuentran en gran abundancia en las costas debido a prácticas antropogénicas nocivas y al cambio climático. Su recolección podría contribuir a la solución de un problema ambiental emergente y proporcionar materias primas que sustituyan a los plásticos derivados del petróleo (Orr, 2013; Orr et al., 2014).

Será importante monitorear la toxicidad, el destino ambiental y la persistencia de los bioplásticos para garantizar que cumplan su promesa como una alternativa más segura a los plásticos derivados del petróleo.

Fuente:

Autores.

Limitaciones del conocimiento actual y oportunidades futuras

A medida que el océano cambia en respuesta a los factores de estrés humanos y las especies marinas se pierden irremediablemente, estamos perdiendo rápidamente oportunidades para desarrollar el conocimiento de su increíble biodiversidad. Tenemos una comprensión profundamente imprecisa e incompleta del papel que desempeñan los pequeños compuestos bioactivos en la ecología de los organismos que los producen, de cómo se controla su producción y de cómo podrían beneficiar a la humanidad (Karthikeyan et al., 2022). También tenemos poca comprensión de cómo las especies se adaptarán y potencialmente sobrevivirán a estas condiciones cambiantes, qué especies se perderán y cuáles pueden salvarse.

Disponemos aún de menos información sobre los patrones genéticos que sustentan la excepcional biodiversidad de la vida marina. Por ejemplo, solo 3300 de los 1,5 millones de especies animales conocidas del planeta Tierra, y unas 220 de las aproximadamente 27 000 especies conocidas de algas, han secuenciado completamente el ADN de sus genomas (Hanschen y Starkenburg, 2020; Hotaling et al., 2021). Es urgente realizar inventarios periódicos de biodiversidad, realizar investigaciones bioquímicas detalladas de los rasgos adaptativos e iniciar estudios de evolución acelerada, idealmente mediante colaboraciones público-privadas éticas. El acceso abierto a estos datos es esencial para garantizar un desarrollo equitativo, sostenible y creativo, y su uso por parte de todos, no la propiedad y el uso de unos pocos (Blasiak et al., 2018).

Explorar las preguntas sin respuesta es esencial para ser buenos administradores del mundo natural y descubrir y producir suficientes productos farmacéuticos y químicos ecológicos útiles para satisfacer las necesidades de la sociedad humana. No basta con descubrir nuevos medicamentos potenciales en el océano. También debemos diseñar estrategias para proporcionar estos medicamentos de forma equitativa y ética en las cantidades necesarias, utilizando metodologías sostenibles y rentables.

Para garantizar que la humanidad pueda aprovechar al máximo los beneficios de los recursos genéticos marinos ahora y en el futuro, debemos asegurar un acceso sostenible a esta rica diversidad de especies.

Un desafío clave para el desarrollo de productos biomédicos (y de otras biotecnologías marinas) a partir de organismos marinos es el considerable tiempo que requiere su desarrollo; por ejemplo, el descubrimiento y la caracterización de un potente compuesto anticancerígeno del tunicado caribeño, Ecteinascidia turbinata (Herdman 1880), requirió más de 20 años de estudio intensivo. Dado que muchos de los lugares con mayor biodiversidad, como el Archipiélago Malayo, se encuentran en el Sur Global, otro desafío clave es el desarrollo conjunto equitativo, sostenible y ético de estos productos con las comunidades y los países locales.

Fuente:

SymbioTex nd, con permiso.

Catalogación de la biodiversidad y medición de la pérdida de biodiversidad para la gestión adaptativa y sostenible de las AMP

El cambio climático y otros cambios ambientales amenazan la biodiversidad de toda la vida marina, incluso en zonas ricas en biodiversidad, como numerosas AMP y otras áreas designadas como protegidas (Bruno et al., 2018). Para garantizar la eficacia de las AMP actuales y futuras, es necesario caracterizar completamente su biodiversidad y recopilar datos de monitoreo de alta calidad, tanto en el espacio como en el tiempo (Bates et al., 2019). Es necesario incorporar estrategias de adaptación en el diseño y los planes de gestión de las AMP (incluida la colaboración con las comunidades locales y la incorporación de otras medidas de conservación eficaces, o OECM) (Gurney et al., 2021) en todos los ecosistemas y tipos de hábitat (Wilson et al., 2020), incluidas las áreas fuera de la jurisdicción nacional (Maestro et al., 2019).

Descubrimiento de la medicina

Dado que la tasa de éxito en el descubrimiento de medicamentos a partir de la vida marina es hasta cuatro veces mayor que la del descubrimiento de productos naturales de otras fuentes (Sigwart et al. 2021), se debería intensificar la investigación sobre las propiedades farmacéuticas de los productos naturales, incluidos los medicamentos, de organismos marinos.

Química verde y enfoques de cero residuos

La química verde se encuentra en una fase incipiente de desarrollo. Para ampliarla a la industria será necesario investigar los procesos químicos de la vida marina y su capacidad para producir compuestos bioactivos mediante enzimas.

Las biorrefinerías utilizan procesos de conversión de biomasa para producir sustancias químicas de valor añadido a partir de biomasa secundaria (es decir, que no constituye el producto principal) (Rotter et al., 2021). Por ejemplo, las conchas de ostras no utilizadas de las instalaciones acuícolas pueden emplearse para fabricar materiales de construcción y andamiajes biomédicos (Gheysari et al., 2019). También pueden molerse y reinyectarse localmente en el océano, a pequeña escala, para estabilizar el pH en la acuicultura (Chilakala et al., 2019).

Investigación transdisciplinaria y desarrollo justo y sostenible de biotecnologías azules

El potencial de innovación de los recursos marinos es enorme, pero su realización requerirá investigación internacional transdisciplinaria, que abarca desde el descubrimiento en ecosistemas marinos hasta el desarrollo industrial y de laboratorio, pasando por aplicaciones clínicas y de otro tipo (Schneider et al., 2022). Para garantizar que los recursos marinos no se exploten de forma que pongan en peligro ecosistemas frágiles o priven de recursos a las comunidades locales y a los países de bajos ingresos, se necesitarán investigaciones en ciencias sociales, ética y comunicación para involucrar al público en general (Rotter et al., 2021).

Acciones y oportunidades

Los desafíos mencionados anteriormente se pueden abordar mediante las siguientes cinco acciones y oportunidades.

Crear políticas de gobernanza para garantizar el uso sostenible y el acceso equitativo a los recursos oceánicos. El uso sostenible de los recursos genéticos marinos en la biotecnología azul requerirá políticas de gobernanza adaptadas a los complejos sistemas socioecológicos que rodean el océano. Estas políticas deben cumplir con enfoques científicos éticos, interdisciplinarios y transdisciplinarios, como la investigación y la innovación responsables, y buscar explícitamente proteger la salud y el bienestar humanos.

Los recursos genéticos marinos no descubiertos deben desarrollarse de manera que se garantice un acceso justo y un beneficio equitativo, ya sea que se encuentren en zonas económicas exclusivas o en áreas fuera de la jurisdicción nacional, de conformidad con el Acuerdo de las Naciones Unidas en virtud de la Convención de las Naciones Unidas sobre el Derecho del Mar sobre la Conservación y el Uso Sostenible de la Diversidad Biológica Marina de las Áreas Fuera de la Jurisdicción Nacional. Estos recursos no deben concentrarse en manos de un pequeño grupo de corporaciones o naciones globales (Blasiak et al., 2020). Se necesitarán nuevas políticas de colaboración que faciliten el acceso equitativo de los países de ingresos bajos y medios a equipos costosos (por ejemplo, buques de investigación), colecciones marinas de diversos tipos, datos científicos de acceso abierto (por ejemplo, bases de datos) y experiencia.

Crear y apoyar bibliotecas digitales de ADN que contengan los planos genéticos de la mayor parte de la vida marina. Varios proyectos de colaboración nacionales e internacionales están llevando a cabo la enorme tarea de desarrollar conocimiento digital del mapa genético subyacente de toda la vida en el planeta. Como señala el Proyecto BioGenoma de la Tierra (s.f.), la razón fundamental de estos esfuerzos es «revolucionar nuestra comprensión de la biología y la evolución; conservar, proteger y restaurar la biodiversidad; [y] generar nuevos beneficios para la sociedad y el bienestar humano».

Estos esfuerzos globales coordinados y colectivos, como el Proyecto BioGenoma de la Tierra (s.f.), el Consorcio Internacional del Código de Barras de la Vida (s.f.) y el Proyecto del Árbol de la Vida de Darwin (s.f.), requieren financiación internacional estable por parte de un consorcio de estados-nación. Es concebible que las huellas de ADN rescatadas por estos proyectos puedan incluso utilizarse para «resucitar» especies extintas.

Apoye a empresas emergentes éticas que produzcan productos biotecnológicos marinos equitativos y sostenibles.
Para trasladar los descubrimientos inspirados en el océano del mar y el laboratorio al mercado se requiere experiencia transdisciplinaria y un capital considerable. Se necesitan incentivos y programas gubernamentales para apoyar y fomentar la financiación de empresas emergentes de biotecnología marina y otros esfuerzos colectivos coordinados que adopten políticas éticas, equitativas y de sostenibilidad. El monto de estas inversiones será insignificante comparado con los beneficios sociales y económicos que se obtendrán: potencial de crecimiento a largo plazo, creación de empleo y valoración de las especies marinas y el medio ambiente.

Mejorar la financiación para una investigación equitativa y sostenible sobre el descubrimiento de la medicina marina que conecte a los países de bajos ingresos y con gran biodiversidad con los ricos. Gran parte de la vida marina aún no se ha estudiado por su potencial para generar recursos valiosos, especialmente en regiones donde la infraestructura científica no está bien desarrollada. Las alianzas internacionales de investigación equitativas y éticas deberían conectar a las regiones ricas en biodiversidad con aquellas con alta capacidad científica, promover la formación científica, fortalecer las capacidades, aplicar buenas prácticas de gestión y cumplir con las normas internacionales que reconocen los derechos inherentes de todos los países y sus habitantes a sus recursos genéticos. Estas deberían recibir un amplio apoyo financiero. Estas inversiones tienen el potencial de impulsar tanto el desarrollo científico en los países de ingresos bajos y medios como la consecución de los ODS de las Naciones Unidas.

Priorizar el desarrollo de procesos y productos marinos que sean socialmente relevantes, económicamente sostenibles y respetuosos con el medio ambiente. La evaluación de la literatura publicada por organismos expertos puede identificar procesos y productos prometedores (p. ej., nuevos antibióticos). El impacto de estos productos debe considerarse de forma equilibrada, considerando plenamente las políticas, las necesidades, los resultados negativos y las consecuencias imprevistas.