Kevin McKernan: Secuenciando el genoma de Cannabis

Kevin McKernan acerca de la secuenciación del genoma del Cannabis y sus implicaciones para la industria del Cannabis y la “medicina personalizada”
Por Cannabis Conversations el Enero 04, 2016
Sequencing the cannabis genome

Kevin McKernan, científico jefe de Medicinal Genomics, acerca de la secuenciación del genoma del Cannabis y sus implicaciones para la industria del Cannabis y la “medicina personalizada”

Transcripción

Project CBD: Estamos hablando con Kevin McKernan, jefe científico de Medicinal Genomics, una empresa de Massachusetts que hace unos años –creo que en 2011- secuenció el genoma del Cannabis o una cepa particular de Cannabis.

McKernan: Si, es correcto.

Project CBD: Esto parece que tiene implicaciones significativas para la industria del Cannabis como un todo. Nos gustaría explorar eso contigo. ¿Podrías explicar un poco acerca de lo que quieres decir por “secuenciando el genoma del Cannabis”?

McKernan: Seguro. Esto fue en 2011 y las herramientas que teníamos en aquel entonces para la secuenciación todavía están evolucionando muy rápido, pero fuimos capaces de obtener una primera versión borrador de la secuencia de su genoma. Que es, leer cada letra en el genoma y realmente, en cualquier muestra de Cannabis, muchos saben que hay dos genomas: Los de la madre y el padre. Se sabe que la planta es diploide, Entonces tiene 20 cromosomas y una copia de cada uno de la madre y el padre, hay algunos genomas de mitocondria y cloroplasto, pero queremos leer todas esas letras para poder construir un mapa de todas las genéticas que pueda predecir la expresión cannabinoide, la expresión terpenoide, incluso tal vez la expresión flavonoide. A medida que se mueva a Cáñamo, puede que algunos de los genes que gobiernan el tamaño de la semilla, el aceite y la fibra.

Entonces, leer el genoma completo, de cerca de un billón de bases de largo, es un billón de letras de código genético. En el proceso, con la tecnología que tenemos, probablemente tenemos 400-500 megabases de secuencia realmente bien alineada. Ahora parece que solo has conseguido la mitad del genoma. Eso es probablemente cierto. Hay una gran cantidad de naturaleza repetitiva en el genoma de las plantas. Tienen copias de cosas que son idénticas dispersas entre ellas. Y esto termina con tu secuencia, es como armar un rompecabezas gigante. Son como las piezas que lucen iguales. Y a veces tú no sabes exactamente en dónde van. Y ellas se vuelven –están en la secuencia pero se hacen ambiguas al poner juntos todos los datos. Pero lo que sí tenemos son unos buenos scaffolds de algunos de los genes a los que todos están atentos, como THC sintasa que es uno de los de real interés, realmente buena cobertura de la secuencia de CBDA sintasa y algunos de los genes que gobiernan cannabinoides.

Project CBD: ¿Cuando tú dices “Sintasa”, estás hablando de la clase de gen precursor que se convertirá en CBD o el gen que codifica la enzima que crea CBDA y THCA?

McKernan: Si, es una enzima involucrada en la codificación del ADN para proteínas, y las proteínas se pliegan en pequeñas enzimas que se pliegan en la molécula precursora ya sea THC –y hay otro gen llamado CBDA sintasa y la “A” es por la forma ácida porque hace THCA y CBDA antes, en la forma de la planta. Esto es tomar un cannabigerol precursor, y si vemos al cannabigerol, es como una estructura de anillo y tiene una cola larga en el que se dobla y envuelve en dos grupos más cíclicos que ya sea, hacen THC, o un grupo cíclico más puede hacer CBD. Y hay dos genes diferentes responsables de plegar ese precursor en dos sentidos diferentes, y están en competencia por el precursor.

Entonces creemos, y muchos otros antes que nosotros han hecho este trabajo para demostrar que las variantes del ADN de estos genes tienen una capacidad predictiva sobre cuanto THC van a hacer. Entonces, ha habido varias publicaciones mostrando mutaciones en ciertas áreas claves del gen –y esto se conoce como el dominio de enlace FADA, un término muy técnico para un núcleo catalítico de la enzima, que pliega esas moléculas. Y cuando hay variaciones en el ADN, hace un trabajo más lento. Algunas veces no hace ningún trabajo. Entonces, creemos –es una clase de [reóstato] de cuánto THC se produce dependiendo de dónde están estas variantes en el gen. Y si podemos tener una mejor imagen de esto, podremos empezar a predecir los quimotipos de la planta en estado de semilla sin tener que cultivarla completamente.

Ahora, el medio siempre juega un papel en este baile, pero estamos tratando de obtener una excelente fotografía de la genética para poder entender algo de la capacidad de la planta. Si nosotros sabemos que la planta va a hacer todo CBD, puedes ponerla en un cuarto de crecimiento diferente, o puedes hacer algo diferente con eso, cruzarlo con algo más de lo que estás intentando obtener CBD. Pero si tú sabes que va a ser una cepa realmente fuerte en CBD puede ser que tomes una dirección diferente.

Project CBD: Has tocado algo de las implicaciones de la ciencia genética para cultivadores, para entrecruzadores posiblemente, o para la gente que está tratando de afinar cepas particulares por sus propiedades medicinales particulares. Vamos un poco más allá. ¿Cómo sería este –esta clase de conocimiento- que no sea la ciencia pura, como sería aplicable para los cultivadores o para la industria del Cannabis como un todo?

McKernan: Entonces, donde hemos visto esto tomar apoyo en otros mercados es con un proceso conocido como “selección asistida por marcadores.” Yo soy un gran fan de este tipo de cruce, que digamos que va como un mono alrededor de los genes, cuando nosotros no entendemos el genoma completo. Entonces, el asunto del genoma, creo, es un poco arrogante ahora mismo, y probablemente, dependiendo de qué tanto podemos saber acerca de este genoma. Pero lo que la gente sí tiende a hacer con la información de secuenciación en cruces es usar los marcadores de ADN para seguir las características. Y es como una herramienta de medición. En lugar de medir los quimotipos mientras crecen –lo cual es la mejor manera, no creo que eso vaya a cambiar. Pero si tu quieres medir los quimotipos tu puedes tener una primera señal con la hoja, hay información allí que puede decirte, Bueno, ese es el perfil de terpenos que creemos que va a tener.

Ahora nosotros no conocemos los marcadores que hacen eso hoy, pero esto es lo que hemos hecho en otros cultivos valiosos, es que entiendan que entre 100.000 y un millón de estos cambios singulares de las letras en los genomas, y que los rastreen en las plantas. Y usan estos como una clase de apoderados para, bueno, todos estos cambios de aquí parecen relacionarse con terpinoleno y estos otros tienden a relacionarse con beta-cariofileno, y estos tienden a relacionarse con pineno. Y entonces, sabremos que estos marcadores son predictivos acerca de lo que la planta será, probablemente una índica myrceno dominante, y esta otra será una pineno o algo que sea más Jack Herer –como con un terpinoleno.

Así que imaginamos estos marcadores como un pozo para destilar. Puedes obtener tu pozo de una hoja, lo único que necesitas es cerca de 30 nanogramos de ADN para hacerlo. Esto es la 30 billonésima parte de un gramo de ADN de donde puedes extraer esta información, y te dará entre 100.000 y un millón de puntos de datos diferentes de la cepa. Al final, habrá bases de datos para ayudarte a correlacionar eso correctamente, este patrón es de una planta que está en su parte del árbol filogenético y nosotros sabemos que tiende a tener este tipo de terpenos. Y vamos a rastrear aquellos SNPs, llamados Polimorfismos de Nucleótidos Singulares. Hay una jerga en la que la gente los llama SNIPS. Una vez tenemos eso, podemos tomar decisiones más informadas acerca, por ejemplo, tenemos una planta hermosa haciendo algo de cannabigerol y algo de cannabicromeno y realmente queremos ponerle limoneno, y con qué la cruzamos para hacer que esto pase de la manera más rápida posible. Entonces se convierte en un juego de herramientas para ayudar a guiar los cruces. Y este proceso denominado “selección asistida por marcadores” es solo un término elegante para referirnos a lo que vamos a usar para medir diferente a fotografías para tal vez guiar hacia dónde vamos con los entrecruzamientos.

Project CBD: Así que Medicinal Genomics ya ha estado secuenciando diferentes cepas, de muchas muestras.

McKernan: Si.

Project CBD: Y qué encontraron en términos de diversidad o de falta de ella, y cómo se ha visto afectada por la prohibición.

McKernan: Esa es una pregunta fascinante. Hay ciertas señales de la existencia de un cuello de botella genético hacia las plantas de alto THC. Pero al mismo tiempo de tener eso ocurriendo, ha habido una tremenda cantidad de entrecruzamientos que está en marcha, que si fueras a comparar la variación podríamos ver en los tipos de plantas de drogas, junto a la que vemos en las plantas que han tenido menor prohibición sobre ellas, como las plantas de Cáñamo (las plantas de cáñamo están registradas y hay un proceso en algunos países para legalizar estas plantas), puedes ver mucha más diversidad genética en los tipos de droga, las que pertenecen a la clandestinidad. Y, aunque pudieran tener más THC, ha habido, tal vez un mayor intercambio para encontrar diferentes terpenos o para cruzar diferentes características en ellas. Siempre he encontrado eso fascinante: que las que están definiendo tal vez los registros y los sistemas de patentes de hecho tienen menos diversidad genética de lo que estamos encontrando en el mercado que tal vez hay afuera.

Project CBD: Hablemos un poco acerca de las implicaciones para el uso médico de la Marihuana. La medicina personalizada es una palabra pegadiza en el mundo del Cannabis terapéutico, y en términos de lo que significa, creo, en el sustrato para pacientes –los pacientes son un tanteo en la oscuridad para poder saber cual cepa puede trabajar mejor para ellos, cuál les puede dar más ayuda, tal vez cuál radio de CBD a THC va a ser su punto de entrada en el uso del Cannabis medicinal, y que siempre viene para bien, es acerca de la persona, de cómo esa persona va a relacionarse con una cepa particular o la planta en general. Pero creo que estás hablando de cómo la ciencia de la genética de alguna manera lleva esta idea de medicina personalizada a un nivel completamente diferente. Entonces, cómo –Y yo se también que Cortagen, tu compañía hermana, ha estado trabajando en el lado humano del genoma –Entonces ¿cómo hacemos para unirlas y qué significa esto para la medicina de Cannabis personalizada?

McKernan: Me emociona mucho este tópico porque nosotros, en la otra cara de nuestro negocio estamos secuenciando entre 700 y 800 pacientes mensuales para tratar de encontrar variantes que nos ayuden a dosificar pacientes con diferentes drogas; algunas veces esto implica que te puedes beneficiar si vas directo al CBD. El caso clásico es el de las mutaciones en el canal de sodio 1 o síndrome de Dravet, y ellos son la clase de pacientes que están respondiendo muy bien –no solo de manera anecdótica en internet, pero aun sin los ensayos basados en FDA tú no puedes negar esto, que tienen un verdadero efecto positivo de Epidiolex [de GW Pharmaceuticals], que ellos están probando.

Project CBD: Tú estás diciendo que el CBD o productos ricos en CBD, están ayudando a estos pacientes infantiles particulares con epilepsia, en términos de Dravets, pero hay muchas manifestaciones de la epilepsia diferentes.

McKernan: Tendemos a secuenciar 500 genes en pacientes epilépticos porque es una larga cola, y esta es realmente la lección de la medicina personalizada. Es una lección para la FDA, es que ellos no están diseñados para la medicina personalizada. Están diseñados para drogas una talla les sirve a todos, que la aspirina y semejantes solo golpean a todos con la misma cosa. Esos se fueron, Y no quedan de esos. Hay muy pocos de ellos. Y es muy claro que la razón por la cual las drogas están fallando en la FDA y la razón por la cual los costos están subiendo es que están tratando de aplicar este modelo de drogas taquilleras para empujarlas a través de la FDA. Lo que realmente estamos viendo en cáncer y todos esos campos en el genoma de todos es, que diferimos probablemente en 4 millones de variantes en nuestro propio genoma. Y lo que tú podrías describir como dolor crónico podría tener un mecanismo molecular completamente diferente si yo tengo dolor crónico. Y empezamos a entenderlo cuando vamos a profundidad en las secuencias del genoma de las personas. Si, tú tienes dolor crónico porque tú tienes receptores TRP que están apagados. Y yo tengo dolor crónico porque tengo la variante TRAP1. Y eso puede requerir diferentes mecanismos de dosificación. Puede requerir diferentes cannabinoides.

Así, me emociona mucho juntar estos dos campos porque podemos ver la medicina personalizada –solo hay un mercado en el país que creo que ha crecido más rápido que el de la medicina personalizada, y es el Cannabis. Y Cannabis es este mercado que tiene, lo que parece ser, cerca de convertirse, la más grande fuente abierta de drogas farmacéuticas que crecen a altas concentraciones en plantas herbáceas. Quiero decir, es una revolución total en la medicina que está cerca de convertirse en el producto de venta libre para los médicos; que si podemos alinear las variantes correctas de los pacientes con los perfiles cannabinólicos y terpénicos, el costo del cuidado de la salud empezará a declinar. Y podemos hacer –lo que prefiero llamar así, es casi un evento de salto tecnológico, ¿correcto? Tú ves estos casos donde dos clases de tecnologías diferentes –los dos tsunamis diferentes que están viniendo juntos y que están creando una clase de tormenta perfecta de una ola.

Project CBD: ¿Ahora las dos tecnologías diferentes son?

McKernan: Yo creo que es la visión de la medicina personalizada. Conociendo el genoma de los pacientes y conociendo el perfil cannabinoide completo de estas plantas –y la razón por la cual estoy principalmente enfocado y miope en los cannabinoides ¡es porque realidad no soy tan miope del todo! Hay un portafolio completo de estas cosas, y ellas crecen en la mejor factoría que puedes imaginar. Hay mucho interés en extraer estos genes y ponerlos en levaduras y ver si se pueden mantener en la planta.

Project CBD: Ese no es tu enfoque.

McKernan: No. Yo pienso que es más difícil. Pienso que es un trabajo más difícil de hacer. Y la planta es muy buena y crece –tenemos toda la infraestructura para cultivar esta planta. Lo que si encuentras, en algunos lugares, en la industria farmacéutica, es que quieren dirigir sus caminos hacia plantas como esta porque se convierten en factorías medicinales para ellos. Y entonces, ¿sabes? tenemos una ciencia de cultivar esta planta que está muy madura y produce toneladas de este material. Entonces, ahora soy muy optimista acerca del ese lado de la ecuación que hoy ya está siendo hecho a la perfección. Pero para unir las dos vertientes verás que las destrucciones ocurren en otros mercados a los que siempre estoy atento, que verás cosas como nuevas baterías que vienen en estos días pueden ahora manejar cosas en la tierra que son scooters giroscópicos y carros como Tesla, y están las tecnologías de paneles solares –y cuando todo esto se junta, ves al tercer mundo abandonar los teléfonos fijos hoy en día. Ellos no están instalando teléfonos fijos, van directo a celulares Nokia. No van a construir bancos centrales porque tienen monedas crípticas o pagos telefónicos como está ocurriendo en Kenya.

La misma cosa creo que ocurrirá en la medicina con la FDA. La FDA es una forma de hacer medicina, pero no puede escalarse con la innovación que hay fuera. Y la innovación que yo veo ocurriendo en medicina es, a este nivel, el nivel de obtener cannabinoides de los pacientes correctos. Y este modelo es mucho más democratizado, es mucho más individualista, está mucho más enfocado en el respeto a la unicidad de cada paciente. Y estamos perdiendo eso en el sistema de cuidado de la salud. El sistema de cuidado de la salud pública se está convirtiendo en una talla les sirve a todos.

Project CBD: De alguna manera, de lo que estás hablando es de eliminar “los tiros fallidos”. Si tienes una droga, y tienes a una persona con una cierta constitución genética, y estás dando CBD a un niño epiléptico ¿por qué funciona con algunos niños, por qué funciona tan increíblemente bien y por qué no funciona para los otros? ¿Serías capaz de determinar esto con anticipación?

McKernan: Estamos empezando a ver algunas señales de esto. Y esto no es ningún esfuerzo coordinado, necesariamente, con la FDA o con GW [Pharmaceuticals]. Porque secuenciamos tantos pacientes en Courtagen, tenemos una cantidad de pacientes que están en nuestras pruebas, y ellos nos cuentan. Y cuando tomamos sus datos y comparamos a los que responden y los que no responden, podemos ver que hay un patrón. Ellos están empezando a mostrar que un patrón de los que responden tiene variantes, son cuatro variantes particulares las que estamos mostrando que tienen. E interesantemente, ellas están –una es un gen de metabolismo de drogas conocido como el gen CYP2C9, es un gen involucrado en el metabolismo del CBD. Los otros tres genes que están mostrando algún poder predictivo son los genes de los canales de sodio con los que sabemos que interactúa la anandamida. Entonces aquí hay una tesis que tiene sentido. Y la razón por la cual es importante, en algunos pacientes, no es la molécula de CBD. Ellos tienen entre 2 y 400 por ciento, no, 15 por ciento de los niños empeoran. Cuando los pacientes de convulsiones, como los pacientes de Dravet empeoran, es extensivamente peor. Son intubados. Terminan en la sala de urgencias. Algunas veces alcanzan Status Epilepticus. Y a menudo oyes anecdóticamente, algunos de estos pacientes cambian a THC o THCA y se mejoran.

Entonces hay diferentes mecanismos que causan las convulsiones, y creo que a medida que entendemos estos mecanismos a nivel genético, tenemos más retos acerca de qué cannabinoides darles. No sabemos la respuesta de cómo mezclar y juntar eso con perfección hoy. Esa es la visión. Es allí a donde queremos ir. Pero creo que lo que vamos a ver con tiempo es que el rompecabezas se va a armar lento, pieza por pieza, publicación por publicación, que estas variables que predicen el éxito y este tipo de pacientes. Este tipo de pacientes necesita de verdad, tal vez, THCA, el cual es un camino molecular completamente diferente.

Project CBD: Es muy emocionante. Presuntamente esto puede aplicarse a otras condiciones, no solo la epilepsia.

McKernan: Yo creo. Pienso que el dolor crónico es una. Publicamos un artículo acerca del dolor crónico. Y algunos de estos pacientes respondieron muy bien a los antioxidantes. Y todos sabemos que algunos de los mejores antioxidantes lípidos solubles del mundo son los cannabinoides. Pero el hecho de que respondan a N-acetil cisteína, la cual es más –no tanto como un antioxidante liposoluble, así podría haber alguna mejoría ahí. Es muy emocionante para nosotros porque esta variante está en el 1-2 por ciento de la población. Está en un gen conocido como TRAP1, que tiene algunas implicaciones en el cáncer, pero nunca había estado relacionado a dolor crónico o fatiga crónica. Y así, referenciamos cerca de 1.000 pacientes y juntamos a todos los que tienen dolor crónico y fatiga crónica y ¡Bang! Salió una gran señal diciendo TRAP1. Y cuando esos genes están dañados la hipótesis es que están produciendo cantidades de especies de oxígeno reactivo [ROS]. Entonces tu cuerpo se está agitando por la energía y creando todos los productos secundarios del consumo energético, pero no son funcionales. Y creando, creemos, el dolor y la fatiga, es que esta enzima está dañada, se está comiendo todo el ATP [adenosin trifosfato].

Entonces estamos muy esperanzados en que esto se traduzca en, probablemente, hacer una mella en el problema de los opiáceos, ¿correcto? Esta gente está siendo formulada con opiáceos y probablemente no se está dirigiendo realmente al núcleo del problema de crear cantidades de ROS, solo está reduciendo el dolor que proviene de ahí. Y estamos viendo dónde termina esto. Se fue a una epidemia total y completa de los opiáceos ahora mismo.

Entonces, estamos esperanzados en que algo de la secuenciación vendrá y hará objetivo lo que es un problema subjetivo para los médicos. Los pacientes se presentan y dicen que tienen dolor. Seguro que lo tienen. Entonces ellos tienen que monitorear cuánta dosis les darán y si se convierte en crónico, si tienen problemas gastrointestinales con los opiáceos. Pero si tienes un marcador molecular que dice no, estos son pacientes que tienen un gen dañado que sabemos que responden con antioxidantes, puedes de repente cambiar la conversación a “deberíamos considerar los cannabinoides para esto”. Estoy muy esperanzado de que esto va a ocurrir con autismo, con enfermedades mitocondriales. Probablemente lo veamos en las enfermedades de Parkinson y Alzheimer. Toda una serie de enfermedades que puede ver en el sitio web de Project CBD que están haciendo su papel. Y probablemente todas tienen diferentes mecanismos moleculares en la manera en que el CBD está beneficiando estos casos.

Project CBD: Yo creo que Medicinal Genomics está cambiando la conversación. Y es grandioso. Es un trabajo increíble el que están haciendo. Agradezco a Kevin McKernan por estar con nosotros hoy.

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Traducido por Julian Caicedo, Anandamida Gardens, Colombia