El Centro de Investigación en Sanidad Animal en Bellaterra (Barcelona) tiene varios laboratorio de bioseguridad de nivel 2 y 3. ¿Cómo se investiga con agentes biológicos de riesgo y cómo son esos laboratorio?

La investigación con agentes biológicos implica la manipulación de microorganismos vivos que pueden ser inofensivos o potencialmente letales. El riesgo asociado a estos agentes varía ampliamente, y por ello se ha establecido una clasificación en cuatro niveles de contención biológica, que determinan el diseño de las instalaciones, las prácticas de laboratorio y el equipo de protección individual (EPI) necesario. La clasificación de los agentes biológicos en distintos niveles de riesgo está bastante estandarizada internacionalmente, pero los nombres exactos, criterios regulatorios y organismos que los regulan pueden variar según el país o la organización internacional.

En España, la manipulación de agentes biológicos y la evaluación de los riesgos relacionados con la exposición a los mismos está regulada por el Real Decreto 664/1997, de 12 de mayo. El Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo del Ministerio de Empleo y Seguridad Social elabora una Guía técnica para la evaluación y prevención de los riesgos relacionados con la exposición a agentes biológicos, que incluye obligaciones tanto para los empresarios como para los empleados, y que, por tanto, todo investigador o investigadora que trabaje con agentes biológicos de riesgo debe conocer.

Los microorganismos se clasifican en cuatro grupos de riesgo según los siguientes factores:

• la virulencia del microorganismo,
• el modo en el que se trasmite y el tipo de hospedador que infecta,
• la disponibilidad de medidas preventivas efectivas (como vacunas),
• la disponibilidad de un tratamiento efectivo (antibióticos y otros quimioterápicos) y la resistencia a los mismos. 

Clasificación de los agentes biológicos y niveles de bioseguridad o contención:

Es importante destacar que “Grupo de riesgo” y “Nivel de bioseguridad” no son sinónimos. El grupo de riesgo se refiere a las características intrínsecas del agente biológico (virulencia, transmisibilidad, disponibilidad de tratamiento…), mientras que nivel de bioseguridad se refiere a las medidas de contención necesarias para trabajar con ese agente. Aunque están relacionados, no son equivalentes. Por ejemplo, la bacteria Mycobacterium tuberculosis es un agente del Grupo de Riesgo 3, pero puede manipularse en laboratorio de nivel de seguridad BSL-2 si está inactivado (por ejemplo, para diagnóstico molecular sin cultivo).

Nivel de bioseguridad 1 (BSL-1)

Son agentes biológicos de bajo riesgo individual y comunitario, no están asociados con enfermedades en humanos, y el riesgo es muy bajo para el personal y el medio ambiente. Suelen ser organismos bien caracterizados, como cepas no patógenas habituales de laboratorio como Escherichia coli K-12, Lactobacillus, Rhizobium, o la levadura Saccharomyces cerevisiae. Las instalaciones necesarias para trabajar o manipular estos microorganismos son laboratorios estándar sin sistemas de contención especiales con lavamanos cerca de la entrada y superficies fáciles de desinfectar. Las precauciones del manipulador son básicas y comunes en cualquier laboratorio e incluyen el uso de bata de laboratorio, guantes y gafas si existe riesgo de salpicadura, lavado de manos antes y después de la manipulación, y prohibido comer, beber o aplicar cosméticos en la zona de trabajo.

Nivel de bioseguridad 2 (BSL-2)

Son agentes de riesgo moderado de causar una infección para el personal. Pueden causar enfermedades humanas para las que hay tratamiento. El riesgo de propagación a la comunidad es poco probable. Se transmiten por contacto directo con fluidos biológicos, aerosoles o materiales contaminados. Algunos ejemplos son Staphylococcus aureus, Streptococcus, Salmonella typhimurium, Neisseria, Listeria, y virus como Adenovirus, virus de la gripe, sarampión o herpes simplex. Los laboratorios deben tener, al menos, acceso restringido, cabinas de seguridad biológica y sistema de autoclave para descontaminación y eliminación segura de residuos biológicos. Es necesaria una formación obligatoria en prácticas de bioseguridad, el uso de guantes, bata de laboratorio y gafas.

Nivel de bioseguridad 3 (BSL-3)

Son agentes de alto riesgo individual, pero de bajo o moderado riesgo comunitario si se emplean condiciones de contención adecuadas. Pueden causar enfermedades graves o potencialmente mortales. Se transmiten fácilmente por vía aérea (gotículas o aerosoles), por lo que requieren un mayor nivel de contención para evitar una exposición accidental o fuga ambiental. Algunos ejemplos son Mycobacterium tuberculosis, Francisella tularensis, Coxiella burnetii (fiebre Q), Brucella, virus del Nilo Occidental y algunas cepas de coronavirus SARS y MERS, SARS-CoV-2. Es al que pertenece la peste porcina africana. Los laboratorios, de acceso extremadamente restringido a personal autorizado, deben estar dotados de instalaciones de contención con presión negativa y flujo de aire controlado, cabinas de seguridad biológica de uso obligatorio para todos los procedimientos, doble puerta con sistema de esclusa, filtros HEPA en entradas y salidas de aire, sistemas de autoclave interna, entre otras medidas. Las personas que trabajen en estas instalaciones deben tener una supervisión médica periódica. El uso de mascarillas y sistemas de protección es obligatorio y deben existir planes de emergencia en caso de exposición accidental o fallo estructural.

Nivel de bioseguridad 4 (BSL-4)

Son agentes de riesgo máximo, altamente infecciosos y letales, tanto a nivel individual como comunitario, para los que no hay vacunas ni tratamientos disponibles en muchos casos. Pueden originar brotes epidémicos o incluso pandemias si no se contienen. Algunos ejemplos son los virus Ébola, Marburgo, Lassa, Congo-Crimea, Nipah y Hendra, entre otros. Las instalaciones requieren edificios físicamente aislados del resto de instalaciones, con sistemas de presión negativa con múltiples niveles de contención, entrada por esclusas con ducha química y vestuario presurizado, todo el trabajo se realiza en cabinas de bioseguridad con trajes individuales aislados y presurizados de cuerpo completo y suministro autónomo de aire. Los manipuladores deben tener un entrenamiento especializado periódico, monitoreo biométrico y videovigilancia en tiempo real, así como una cuarentena post-exposición en caso de fallo de contención.

¿Te interesa conocer un laboratorio BSL4 por dentro? (vídeo 56:48)

El trabajo con agentes biológicos exige una cultura de seguridad muy rigurosa, donde la formación del personal, la supervisión continua, la evaluación de riesgos y el mantenimiento de las instalaciones son tan cruciales como las medidas físicas de contención. La clasificación por niveles de bioseguridad no solo protege al investigador, sino que actúa como una barrera fundamental frente a posibles eventos de fuga, transmisión cruzada o bioterrorismo.

El investigador debe conocer a qué grupo de riesgo pertenece el microorganismo con el que está trabajando. Se debe garantizar que tiene la formación adecuada y dispone de las instalaciones de bioseguridad del nivel correspondiente, registradas y autorizadas para poder trabajar con estos agentes biológicos. Las actividades que se realicen deben estar siempre autorizadas y supervisadas por el Comité de Ética y de Bioseguridad correspondiente.

Sobre la virulencia del H5N1 hay ciertas dudas. Es verdad que de los 873 casos humanos la mortalidad fue muy alta (458 fallecidos desde 2003), pero el 99% de las personas que han sido expuestas masivamente al virus no han desarrollado la infección.

¿En qué consisten estos polémicos trabajos? Aunque el objetivo ha sido el mismo, entender los cambios moleculares necesarios para hacer que el virus H5N1 sea transmisible entre mamíferos por el aire, la metodología ha sido diferente.

En el articulo de Nature, los investigadores construyeron una quimera: un nuevo virus mezcla de siete genes del virus de la gripe humana H1N1 A/California/04/2009 y el gen de la hemaglutinina de un mutante del virus de la gripe aviar H5N1 A/Vietnam/1203/2004. Previamente habían construido varios mutantes del virus H5N1 con modificaciones en el gen de la hemaglutinina para mejorar su estabilidad, facilitar que se uniera a los receptores celulares humanos y se replicara mejor en células humanas. Por tanto, este nuevo virus recombinante llevaba todos los genes de un virus de la gripe humana H1N1 excepto el de la hemaglutinina, que provenía del virus H5N1 (la hemaglutinina es la proteína viral que reconoce el receptor celular y que sirve pare entrar dentro de las células). Para demostrar si este nuevo virus se transmitía por el aire, emplearon hurones.  Los hurones se emplean como modelo animal de experimentación porque son susceptibles a la infección con virus de la gripe humana y de aves, y desarrollan una gripe muy similar a la nuestra. Para ello, colocaron en jaulas próximas hurones sanos junto con hurones infectados con los nuevos virus. Al cabo de unos días pudieron confirmar la infección y la presencia de virus en los hurones sanos, demostrando que se había transmitido por el aire.  Los investigadores concluyen que solo cuatro modificaciones en la hemaglutinina H5 son suficientes para permitir la trasmisión a través del aire en hurones. 

En el trabajo publicado en Science, los investigadores en vez de construir un nuevo virus quimera por recombinación, han modificado genéticamente el virus H5N1 (en concreto la cepa A/Indonesia/5/2005 aislada de humanos) mediante técnicas de mutagénesis dirigida y posteriormente lo han sometido a varios pases secuenciales entre hurones. Tras los pases, el virus adquirió las mutaciones necesarios que le permitieron trasmitirse entre
los hurones vía aérea. En este caso, los virus tenían cuatro mutaciones en el gen de la hemaglutinina y uno en el gen de la polimerasa 2, lo que demuestra que con solo cinco mutaciones el virus H5N1 se puede hacer transmisible. Además, este trabajo demuestra que puede obtenerse un nuevo virus de la gripe pandémico sin necesidad de recombinación entre virus, sino solamente por mecanismos de mutación.

En ambos trabajos, los nuevos virus a pesar de ser fácilmente transmisibles no eran virulentos para los animales, y ninguno de los hurones falleció. Los investigadores también demostraron que los mutantes eran sensibles al antigripal oseltamivir y que las vacunas actuales son útiles para su control, confirmando que las medidas de control actuales podrían servir contra estos nuevos virus transmisibles.

En el virus de la gripe hay que distinguir entre virulencia y transmisibilidad. Estos trabajos nos ayudan a conocer cómo el virus H5N1 puede adquirir la habilidad en condiciones naturales de transmitirse por el aire. Identificar los requerimientos mínimos para la trasmisión del virus entre mamíferos tiene un valor predictivo y diagnostico muy útil, lo que nos permite estar preparados para una posible pandemia de gripe aviar.

Herfst S, et al. (2012). Airborne transmission of influenza A/H5N1 virus between ferrets. Science, 336, 1534-1541 DOI: 10.1126/science.1213362

Imai M, et al. (2012). Experimental adaptation of an influenza H5 HA confers respiratory droplet transmission to a reassortant H5 HA/H1N1 virus in ferrets. Nature (486), 420-428 DOI: 10.1038/nature10831

Pero es verdad que los microbios también tiene su lado oscuro y algunos son malos pero que muy malos. Los agentes patógenos (que pueden ser bacterias, virus, hongos u otros parásitos) se clasifican en cuatro niveles de bioseguridad según los siguientes factores: la patogenicidad del microorganismo, el modo en el que se trasmite y el tipo de huésped que infecta, la disponibilidad de medidas preventivas efectivas (como vacunas), la disponibilidad de un tratamiento efectivo (antibióticos y otros quimioterápicos) y la resistencia a los mismos. 

Nivel 1 de bioseguridad (biosafety level 1, BSL 1) son microorganismos bien caracterizados que sabemos que no causan enfermedad en humanos ni en animales, y que no suponen riesgo (o es mínimo) de infección a nivel individual y comunitario, por ejemplo la bacteria ambiental Rhizobium. 

Nivel 2 de bioseguridad (biosafety level 2, BSL 2) son patógenos que pueden causar una enfermedad en humanos o animales pero que no son un riesgo serio para las personas ni para la comunidad, los animales domésticos o el medio ambiente. El riesgo individual es moderado y a nivel comunitario bajo. Si causan infección, existe un tratamiento efectivo, hay medidas preventivas y el riesgo de que la infección se extienda es limitado, por ejemplo la mayoría de las cepas de Salmonella typhimurium. 

Nivel de bioseguridad 3 (biosafety level 3, BSL 3) son patógenos que pueden causan una enfermedad seria en el hombre o en animales, pero que normalmente no se extiende de una persona infectada a otra. Además, existe un tratamiento efectivo y medidas preventivas. El riesgo individual de infección es alto, pero el de la comunidad bajo. Aquí se incluyen bacterias como Mycobacterium tuberculosis, Brucella y muchos virus. 

El nivel de máxima bioseguridad es el 4 (biosafety level 4, BSL 4) en el que se incluyen  patógenos que causan enfermedades serias en humanos o animales y que puede transmitirse fácilmente de un individuo a otro. Normalmente no hay tratamientos efectivos contra esta enfermedad, ni medidas preventivas. Suponen un alto riesgo, incluso mortal, a nivel individual y colectivo. Muchos causan brotes infecciosos en países tropicales en Asia,  Latinoamérica y África, son enfermedades infecciosas emergentes y muy graves. En este grupo se incluyen algunos de los virus más peligrosos como el de la viruela, los que producen fiebres hemorrágicas como los Filovirus Ébola y Marburg, y otros de los grupos Arenavirus, Bunyavirus y Paramyxovirus. 

Si te interesa más información te recomiendo que consultes la web de la American Biological Safety Association (ABSA). 

Ya te imaginas que trabajar con este tipo de microbios tan peligrosos requiere unos laboratorios y unas medidas de contención especiales. En Europa hay 9 laboratorios de alta bioseguridad reconocidos oficialmente y cuatro más en construcción, que trabajan de manera coordinada. Para luchar contra las enfermedades altamente infecciosas, controlar posible brotes y evitar epidemias, la rapidez para detectar el agente causantes es lo más importante. Un diagnóstico rápido y efectivo ante una infección de este tipo es crucial y, como los microbios no reconocen las fronteras que hacemos los hombres, la cooperación entre los laboratorios de alta seguridad es esencial. En un artículo publicado en la revista PLoS Pathogens se sugiere incluso la necesidad de un laboratorio de alta bioseguridad móvil que pudiera emplearse en condiciones de emergencia ante un brote infeccioso causado por este tipo de virus u otros patógenos desconocidos. Por eso, la coordinación de los laboratorios de alta seguridad biológica en Europa es una tarea prioritaria. 

¿Te interesa conocer un laboratorio BSL4 por dentro? (vídeo 56:48)

Nisii, C., et al. (2013). Biosafety Level-4 Laboratories in Europe: Opportunities for Public Health, Diagnostics, and Research PLoS Pathogens, 9 (1) DOI: 10.1371/journal.ppat.1003105