La evolución del veneno ha transformado y dotado de capacidades a organismos diversos. Nuestro desafío ahora es movilizar un esfuerzo mundial para aprovechar el poder del veneno con el fin de avanzar en la ciencia, la tecnología, la ingeniería y la educación, transformando la vida humana.
Lo que sabemos
Los animales venenosos se perciben como agentes de misterio y peligro. Sin embargo, los venenos animales son un recurso bioquímico poderoso que puede aprovecharse para resolver desafíos globales. Estos abarcan desde la identificación de los orígenes de la biodiversidad hasta la cartografía de la mente humana y el desarrollo de nuevas terapias contra el dolor.
El poder del veneno se debe a tres características clave. En primer lugar, los venenos son mezclas complejas de secreciones, lo que constituye una fuente novedosa de biomoléculas. En segundo lugar, a pesar de su complejidad, la estructura y los objetivos fisiológicos de estas biomoléculas se conservan en todo el reino animal. Los componentes del veneno pueden sintetizarse, modificarse y utilizarse como sondas para estudiar el sistema nervioso humano. En tercer lugar, millones de años de evolución bioquímica han convertido el veneno en una innovación extraordinariamente exitosa, presente en todas las ramas del árbol de la vida animal.
Los venenos están presentes en todos los ecosistemas: en los desiertos, donde los ciempiés gigantes y los escorpiones cazan insectos; en los mares, donde los caracoles arponean peces; en el aire, donde las abejas y avispas evitan a las aves depredadoras; y en los bosques, donde las serpientes cazan todo lo que se mueve. Para los animales, el veneno transforma la guerra física en una carrera armamentística bioquímica en la que David puede vencer a Goliat. Para los seres humanos, los venenos pueden tanto matar como curar. En esta paradoja reside el poder y el desafío del veneno, que lo transforma de un agente de temor en uno de esperanza, innovación y prosperidad.
Preguntas de investigación en venómica
La ciencia básica, la tecnología y la medicina avanzarán mediante el uso del veneno como enfoque transdisciplinario para abordar preguntas clave en biodiversidad, neurobiología, genética y evolución. Por ejemplo, ¿cómo ha influido el veneno en los patrones globales de biodiversidad? ¿Cómo activan o desactivan los componentes del veneno la vía del dolor humano para causar o bloquear el dolor?
¿En qué condiciones evoluciona el veneno y existen factores ecológicos o situacionales comunes que subyacen a su evolución? ¿Sigue la evolución del veneno los modelos propuestos para otras carreras armamentísticas, como los sistemas microbianos, huésped-parásito, planta-herbívoro y planta-polinizador? ¿Cómo han impulsado los venenos y las interacciones entre los animales venenosos y sus oponentes la especiación y la diversificación?
¿Podemos identificar un patrón de fenotipo a genotipo que prediga qué compuestos del veneno modularán dianas moleculares específicas, como los canales iónicos y los receptores en los tejidos sensoriales y neuromusculares? ¿Son los genomas de los venenos la clave para descifrar la función celular? ¿Qué podemos aprender de la toxicología computacional para avanzar en la medicina personalizada?
Estas preguntas clave de investigación sobre los venenos se centran en los modelos existentes y en el diseño de nuevos modelos para comprender cómo se produce la señalización celular y cómo interactúan las proteínas. Resolver estas cuestiones requiere un enfoque integrado y orientado a la traslación, con la experiencia de una comunidad científica globalmente diversa, para superar los obstáculos computacionales, moleculares y funcionales, y materializar el poder transformador de los venenos.
Descubrimientos científicos y resultados deseados
El Premio Nobel de Química de 2018 fue otorgado a Frances Arnold por su trabajo pionero sobre la evolución dirigida de enzimas. Con la innovación de los venenos, la naturaleza ya ha llevado a cabo una evolución dirigida. Hay descubrimientos científicos ilimitados esperando ser explorados. La armamentización de las biomoléculas es una de las estrategias más antiguas y ubicuas de los animales, pero también una de las más lábiles, habiendo evolucionado en múltiples ocasiones en aproximadamente el 15 % de la biodiversidad animal que produce veneno.
Aunque los aspectos bioquímicos, estructurales y conductuales de los venenos se han caracterizado en algunos linajes, no existe ningún linaje en el que todos estos elementos se hayan descrito por completo, ni ninguno en el que se hayan analizado de forma exhaustiva para comprender los desencadenantes, las vías y las consecuencias comunes de la evolución del veneno.
Sin embargo, a partir de los pocos sistemas estudiados, sabemos que la química del veneno es prometedora para mejorar la salud humana, que el veneno implica sistemas inusuales de transcripción y modificación génica, y que las estructuras utilizadas en el despliegue del veneno poseen propiedades físicas singulares. La caracterización del sistema de veneno en todos los linajes animales tiene el potencial de producir enormes avances en las ciencias de la vida, la química y la bioingeniería.
Por ejemplo, el veneno aportará información sobre las reglas y los patrones de la evolución, al tiempo que desvelará los mecanismos de procesos celulares y subcelulares, como la función de los canales iónicos, la duplicación génica, la neofuncionalización y la regulación. La descripción del veneno ofrece oportunidades para documentar y describir biomoléculas novedosas y estructuras novedosas para su administración.
Pocos sistemas ofrecen una oportunidad natural para este tipo de investigación transdisciplinar, comparativa y exhaustiva. Además, los sistemas venenosos impulsarán la educación STEM, utilizando el atractivo embriagador del veneno para enseñar e inspirar a los estudiantes con historias interdisciplinarias sobre biología, química, biodiversidad y bioingeniería.
¿Por qué invertir en venómica ahora?
El estudio de los venenos es un objetivo ambicioso para la investigación transdisciplinar que puede involucrar, entusiasmar e inspirar a generaciones de científicos, estudiantes y público general durante años. De hecho, la investigación sobre venenos se ha intensificado en la última década, como demuestran el aumento mundial de publicaciones, simposios y empresas emergentes de biotecnología sobre venenos. ¿Qué explica esta intensificación? La escala y la complejidad de las preguntas planteadas exigen tecnologías y bases científicas que solo se han hecho realidad recientemente.
El auge de las tecnologías ómicas ha facilitado, abaratado y acelerado el estudio de un gran número de especies, incluidos organismos no modelo que son pequeños o raros. El campo está preparado para avances importantes, ya que los venenos están surgiendo rápidamente como agentes de esperanza, transformación, innovación y prosperidad. En resumen, invertir en venenos es invertir en un avance científico pertinente para múltiples partes interesadas, tanto dentro como fuera de la comunidad investigadora.
Demos un paso adelante ante el desafío de la naturaleza y subámonos al tren del asombro científico del veneno.
