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21 MAYO

BIOTECNOLOGÍA

Los científicos crearon bacterias con un genoma sintético. ¿Es esta vida artificial?

Los científicos crearon bacterias con un genoma sintético. ¿Es esta vida artificial?

En un hito para la biología sintética, las colonias de E. coli prosperan con el ADN construido desde cero por los humanos, no por la naturaleza.



Carl Zimmer 

Los científicos han creado un organismo vivo cuyo ADN está hecho enteramente por el hombre, quizás una nueva forma de vida, según los expertos, y un hito en el campo de la biología sintética.

Investigadores del Laboratorio de Biología Molecular del Consejo de Investigación Médica en Gran Bretaña informaron el miércoles que habían reescrito el ADN de la bacteria Escherichia coli, formando un genoma sintético cuatro veces más grande y mucho más complejo que cualquier otro creado previamente.

Las bacterias están vivas, aunque tienen una forma inusual y se reproducen lentamente. Pero sus células funcionan de acuerdo con un nuevo conjunto de reglas biológicas, produciendo proteínas familiares con un código genético reconstruido.

El logro de un día puede llevar a organismos que producen nuevos medicamentos u otras moléculas valiosas, como fábricas vivientes. Estas bacterias sintéticas también pueden ofrecer pistas sobre cómo surgió el código genético en la historia temprana de la vida.

"Es un hito", dijo Tom Ellis, director del Centro de Biología Sintética del Imperial College de Londres, que no participó en el nuevo estudio. "Nadie ha hecho nada parecido en términos de tamaño o en términos de número de cambios antes".

Cada gen en un genoma vivo se detalla en un alfabeto de cuatro bases, moléculas llamadas adenina, timina, guanina y citosina (a menudo descritas solo por sus primeras letras: A, T, G, C). Un gen puede estar formado por miles de bases.

Los genes dirigen a las células a elegir entre 20 aminoácidos, los bloques de construcción de proteínas, los caballos de batalla de cada célula. Las proteínas realizan una gran cantidad de trabajos en el cuerpo, desde transportar oxígeno a la sangre hasta generar fuerza en nuestros músculos.

Hace nueve años, los investigadores construyeron un genoma sintético que tenía un millón de pares de bases de longitud. El nuevo genoma de E. coli, publicado en la revista Nature, tiene cuatro millones de pares de bases y tuvo que construirse con métodos completamente nuevos.

El nuevo estudio fue dirigido por Jason Chin, un biólogo molecular en el laboratorio de MRC, que quería entender por qué todos los seres vivos codifican la información genética de la misma manera desconcertante.

La producción de cada aminoácido en la célula está dirigida por tres bases dispuestas en la cadena de ADN. Cada uno de estos tríos se conoce como un codón. El codón TCT, por ejemplo, asegura que un aminoácido llamado serina esté unido al final de una nueva proteína.

Como solo hay 20 aminoácidos, uno pensaría que el genoma solo necesita 20 codones para crearlos. Pero el código genético está lleno de redundancias, por razones que nadie entiende.

Los aminoácidos están codificados por 61 codones, no por 20. La producción de serina, por ejemplo, se rige por seis codones diferentes. (Otros tres codones se llaman codones de parada; le dicen al ADN dónde detener la construcción de un aminoácido).

Como muchos científicos, el Dr. Chin estaba intrigado por toda esta duplicación. ¿Fueron todos estos trozos de ADN esenciales para la vida?

"Debido a que la vida utiliza universalmente 64 codones, realmente no teníamos una respuesta", dijo el Dr. Chin. Así que se dispuso a crear un organismo que pudiera arrojar algo de luz sobre la cuestión.

Después de algunos experimentos preliminares, él y sus colegas diseñaron una versión modificada del genoma de E. coli en una computadora que solo requería 61 codones para producir todos los aminoácidos que necesita el organismo.

En lugar de requerir seis codones para hacer serina, este genoma usaba solo cuatro. Tenía dos codones de parada, no tres. En efecto, los investigadores trataron el ADN de E. coli como si fuera un archivo de texto gigantesco, realizando una función de búsqueda y reemplazo en más de 18.000 puntos.

Ahora los investigadores tenían un plan para un nuevo genoma de cuatro millones de pares de bases de longitud. Podían sintetizar el ADN en un laboratorio, pero introducirlo en las bacterias, esencialmente sustituyendo los genes sintéticos por los producidos por la evolución, fue un desafío abrumador.

El genoma era demasiado largo y demasiado complicado para forzarlo en una célula en un intento. En su lugar, los investigadores construyeron pequeños segmentos y los intercambiaron pieza por pieza en genomas de E. coli. Cuando terminaron, no quedaban segmentos naturales.

Para su alivio, la E. coli alterada no murió. Las bacterias crecen más lentamente que la E. coli normal y desarrollan células más largas en forma de varilla. Pero están muy vivos.

El Dr. Chin espera desarrollar este experimento eliminando más codones y comprimiendo aún más el código genético. Quiere ver cuán simplificado puede ser el código genético al mismo tiempo que respalda la vida.

El equipo de Cambridge es solo una de las muchas carreras en los últimos años para construir genomas sintéticos. La lista de usos potenciales es larga. Una posibilidad atractiva: los virus pueden no ser capaces de invadir células recodificadas.

Muchas compañías hoy en día utilizan microbios genéticamente modificados para fabricar medicamentos como la insulina o productos químicos útiles como enzimas detergentes. Si un brote viral golpea los tanques de fermentación, los resultados pueden ser catastróficos. Un microbio con ADN sintético podría hacerse inmune a tales ataques.

La recodificación del ADN también podría permitir a los científicos programar células diseñadas para que sus genes no funcionen si escapan a otras especies. "Crea un cortafuegos genético", dijo Finn Stirling, un biólogo sintético de la Escuela de Medicina de Harvard que no participó en el nuevo estudio.

Los investigadores también están interesados en recodificar la vida porque abre la oportunidad de hacer moléculas con tipos de química completamente nuevos.

Más allá de los 20 aminoácidos utilizados por todos los seres vivos, hay cientos de otros tipos. Un código genético comprimido liberará los codones que los científicos pueden usar para codificar estos nuevos bloques de construcción, creando nuevas proteínas que realizan nuevas tareas en el cuerpo.

James Kuo, un investigador postdoctoral en la Escuela de Medicina de Harvard, ofreció una nota de precaución. Unir bases para hacer genomas sigue siendo enormemente costoso.

"Es demasiado caro para que los grupos académicos sigan adelante", dijo el Dr. Kuo.

Pero E. coli es un caballo de batalla de la investigación de laboratorio, y ahora está claro que su genoma se puede sintetizar. No es difícil imaginar que los precios caerán a medida que aumenten las demandas de ADN sintético personalizado. Los investigadores podrían aplicar los métodos del Dr. Chin a la levadura u otras especies.

"En teoría, podría recodificar cualquier cosa", dijo el Sr. Stirling.

Traducción: Cecilia González P.

Publicado: 21 de mayo de 2019

Fuente: New York Times

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