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El ensamblaje de un genoma que puede "reprogramar" las células de una especie relacionada es sólo el primer paso de un largo camino.

Por Alla Katsnelson
Traducido para Astroseti por Manuel J. Gómez.
Nature News. 26 de Mayo de 2010

La biología sintética es una disciplina con un objetivo audaz pero claramente utilitario: rediseñar los componentes que forman parte de los seres vivos para paliar las necesidades de la humanidad. Es también una area de investigación en la que se desafía la existencia de diferencias estrictas entre vida artificial y natural.

El anuncio realizado por investigadores estadounidenses, durante la semana pasada, de que habían creado la copia sintética de un genoma bacteriano y que ésta había sido usada para controlar las células de una especie relacionada, es un hito en ambos sentidos (D. G. Gibson et al. Science doi:10.1126/science.1190719; 2010). El éxito del grupo de investigación, anticipado hace tiempo por la comunidad científica, sienta las bases para manipular genomas a una escala mucho más grande de lo que era antes posible. "Creo que es un avance tecnológico importante hacia la posibilidad de rediseñar completamente los genomas", afirma Ron Weiss, un biólogo sintético del Instituto de Tecnología de Massachusets, en Cambridge. Este logro ilustra también la dificultad de la empresa en la que los biólogos sintéticos se han embarcado.

Un marcador químico de color azul sirve para visualizar dos colonias formadas a partir de sendas células únicas que contenían el genoma sintético. Créditos: SCIENCE/AAAS.

Daniel Gibson, del Instituto J. Craig Venter en Rockland, Maryland, y sus colegas, partieron de una versión muy precisa de la secuencia genómica de la bacteria Mycoplasma mycoides, que ellos mismos habían determinado. Utilizando esta secuencia como referencia, encargaron una serie de cadenas de ADN, que ellos llamaron "casetes", a una empresa que se dedica a la secuenciación de ADN. Cada casete tenía unos 1.000 pares de bases de longitud. Después introdujeron los casetes en una célula de levadura, donde fueron ensamblados por la propia maquinaria genética de la célula, hasta formar una copia del genoma original de M. mycoides. Finalmente, los científicos transplantaron el genoma sintético de 1.1 millones de pares de bases a las células de una especie bacteriana muy relacionada, Mycoplasma capricolum. Aunque sólo el genoma de las nuevas células había sido construido en el laboratorio, los investigadores se refieren a ellas como "células sintéticas" porque su contenido molecular rápidamente pasó a reflejar las características de M. mycoides. "Al remplazar el cromosoma de las células, éstas cambiaron completamente de una forma a la otra", anunció Venter la semana pasada en una rueda de prensa.

El grupo de investigadores se encontró con muchos escollos. En las fases finales del proyecto, los intentos para transplantar el genoma sintético y generar células vivas fallaron durante meses por culpa de errores en la secuencia de ADN. La deleción de un único par de bases, en un gen implicado en la replicación del cromosoma, resulto ser la causa.

Finalmente, el genoma funcionó y las células receptoras fueron transformadas en bacterias viables, capaces de replicarse, que exhibían las características codificadas por el ADN sintético. "Este es el punto más alto al que se ha llegado hasta ahora en la biología sintética a escala genómica", asegura James Collins, un ingeniero biomédico de la Universidad de Boston, en Massachussets.

Esta tecnología podría aplicarse al desarrollo de nuevas formas para producir energía, a la creación de nuevos sensores para monitorizar el medio ambiente o al montaje de factorías bacterianas para producir medicinas. El próximo desafío es descubrir como construir circuitos genéticos, esto es, secuencias artificiales de genes que interaccionen entre ellos de forma compleja para producir el efecto deseado. Hasta ahora, los científicos han conseguido diseñar circuitos de genes de alrededor de 15,000 - 25,000 pares de bases, que contienen entre seis y diez promotores. Para tamaños mayores, "nadie puede generar ahora mismo un diseño que funcione", según Weiss. Es dificil definir un mecanismo interesante que sea controlado por un número mayor de genes, y combinar esos genes en una única red de control es más dificil todavía. "De hecho, conseguir que nuevos genes trabajen juntos es un desafío considerable", dice.

Weiss está convencido de que se llegará a conseguir. Sin embargo, no todo el mundo piensa que incluir esos circuitos en un genoma artificial pueda ser más eficiente que simplemente modificar genomas naturales. El experto en genética George Church, de la Universidad de Harvard, en Boston, está de acuerdo. "Creo que aun está por ver si para hacer biología sintética es necesario sintetizar genomas enteros o sintetizar exclusivamente las partes que quieres cambiar", sostiene.

Algunos observadores han mostrado su preocupación de que la capacidad para reconstruir organismos usando sólo datos de secuencia podría facilitar el que bioterroristas sintetizaran microbios peligrosos en el laboratorio. Sin embargo, eso es algo que requeriría una alta capacidad tecnológica. Un problema más probable, sugiere Mildred Cho, una especialista en bioética de la Universidad de Stanford, en California, es que los organismos creados en el laboratorio podrían escapar por accidente, haciendo crucial para los investigadores el incluir secuencias de ADN que sirvan como "marcas de agua", como hizo el grupo de Venter, para distinguir los organismos naturales de los artificiales. En respuesta al anuncio realizado por el grupo de Venter, el presidente de EEUU, Barack Obama, ha pedido a sus consejeros en bioética que exploren las implicaciones de la investigación en un informe que será presentado en seis meses.

Más alla de su utilidad, esta tecnología permite a los científicos el profundizar en otros problemas fundamentales, incluido el perpetuo objetivo de Venter: sintetizar un genoma con el mínimo número de genes que permita vivir a la célula que lo porte. Christopher Voigt, un biólogo sintético de la Universidad de California en San Francisco, apunta que la tecnología podría también permitir a los investigadores el revivir organismos extintos, o almacenar biodiversidad simplemente salvando las secuencias de ADN.

Esa posibilidad está todavía muy lejos. Hasta ahora, pocos laboratorios tienen la capacidad de secuenciar genomas completos y Gibson, Venter y sus colegas pueden trabajar sólo con organismos simples. Los autores aprovecharon la maquinaria celular de las levaduras para ensamblar su genoma sintético, pero es poco probable que la levadura, cuyo mayor cromosoma es sólo de dos millones de pares de bases, pudiera ser usada para ensamblar genomas de mayor tamaño. "Sin embargo, dos millones de pares de bases es algo al alcance de la mano, definitivamente", dice Gibson, "y hay un montón de bacterias que son útiles y que tienen genomas en ese rango de tamaño".


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