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Célula de reinicio del genoma sintético
En la culminación de un proyecto de 15 años, los científicos del Instituto J. Craig Venter han diseñado la primera célula controlada por un genoma sintético.
Comenzando desde cero: Los científicos reiniciaron las células bacterianas trasplantando una versión sintética del genoma de Mycoplasma mycoides fabricado en el laboratorio. El genoma sintético incluye un gen marcador que produce un compuesto azul, por lo que las células sintéticas forman colonias azules (arriba). El genoma natural de M. mycoides carece de ese gen, por lo que las células de tipo salvaje forman colonias blancas (abajo).
Esta es la primera vez que la información de una secuencia del genoma vuelve a la vida, dice Chris Voigt , biólogo sintético de la Universidad de California en San Francisco, que no participó en el proyecto. Es realmente extraordinario.
Utilizando un método desarrollado en 2008, los investigadores, dirigidos por el pionero de la genómica Craig Venter, sintetizaron el genoma de una pequeña bacteria llamada Mycoplasma mycoides , que contiene poco más de un millón de pares de bases de ADN. A continuación, trasplantaron el genoma sintético a una bacteria relacionada, Mycoplasma capricolum , en un proceso que habían perfeccionado previamente utilizando cromosomas no sintéticos.
Una vez que las células receptoras incorporaron el genoma sintético, inmediatamente comenzaron a llevar a cabo las instrucciones codificadas dentro del genoma. Las celdas fabricadas solo M. mycoides proteínas, y en unas pocas rondas de autorreplicación, todos los rastros de la especie receptora desaparecieron. Los resultados fueron publicado Jueves en la edición online de la revista Ciencias .
Para distinguir su genoma sintético de la versión natural, los investigadores codificaron una serie de marcas de agua en la secuencia. Comenzaron por desarrollar un código para escribir el alfabeto inglés, así como la puntuación y los números, en el lenguaje del ADN; se incluye una clave de decodificación en la secuencia misma. Luego, escribieron sus nombres, algunas citas y la dirección de un sitio web que las personas pueden visitar si logran descifrar el código.
En términos de creación de vida sintética, este proyecto es una prueba de principio: además de las marcas de agua y un puñado de eliminaciones de genes para reducir la capacidad de la especie para causar enfermedades, el genoma sintético esencialmente recrea uno que ocurre naturalmente. Venter espera que en el futuro, la tecnología genómica sintética pueda usarse para diseñar y desarrollar organismos completamente nuevos, con una amplia variedad de aplicaciones prácticas.
Venter y sus colegas están trabajando con Novartis y los Institutos Nacionales de Salud para sintetizar casetes (grupos de genes que podrían insertarse en un genoma sintético) para cada virus de la gripe conocido en un esfuerzo por agilizar el proceso de fabricación de la vacuna. Ellos visualizan un sistema en el que, si surgiera una nueva cepa como la H1N1, desarrollar una vacuna sería tan sencillo como mezclar genes que codifican los fragmentos virales relevantes en un genoma sintético. Esto podría generar una celda que podría usarse para fabricar rápidamente el producto.
Los investigadores también están colaborando con ExxonMobil para transformar las células de algas en fábricas de combustible viviente que convertirían de manera eficiente el dióxido de carbono en hidrocarburos que podrían procesarse en refinerías. No hay células existentes que hayamos podido encontrar que hagan ese proceso de manera suficientemente eficiente como para hacerlo económicamente viable, dice Venter.
Otras aplicaciones potenciales incluyen el diseño de microbios sintéticos que podrían purificar el agua o fabricar productos químicos o ingredientes alimentarios. Pronostico que dentro de una década, cualquier célula que se utilice en procesos industriales se fabricará sintéticamente, dice Venter.
Con este fin, los investigadores planean eventualmente desarrollar una especie de célula receptora universal que podría iniciar cualquier genoma donante. El proceso de trasplante ha demostrado ser el aspecto técnicamente más desafiante de la construcción de una célula sintética, dice Venter, y sería ideal evitar una nueva ronda de resolución de problemas para cada nuevo sistema que se desarrolle.
Por ahora, dice Voigt, el mayor obstáculo para darse cuenta del potencial de la genómica sintética es la brecha entre nuestra capacidad para sintetizar ADN y nuestra capacidad para diseñarlo. Esa será la próxima generación de investigación, dice. La tecnología en torno a la construcción de ADN está madura ahora, y será la caja de herramientas para diseñarla lo que viene a continuación.
Más allá de las aplicaciones prácticas, Venter también espera que las células sintéticas ayuden a dilucidar el funcionamiento básico de la vida, lo que quizás permita a los investigadores descifrar exactamente lo que hace cada componente de una célula bacteriana. Aunque ahora se han secuenciado los genomas de innumerables organismos, dice Venter, todavía no comprendemos completamente cómo funcionan incluso las formas de vida más simples. Queremos intentar que una de estas células sea el sistema celular mejor entendido en biología, dice.
Venter también señala lo que las células, impulsadas por genomas fabricados en un laboratorio a partir de cuatro botellas de sustancias químicas, según las instrucciones almacenadas en una computadora, revelan acerca de lo que es la vida. Esto es tanto un avance filosófico como tecnológico, dice. La noción de que esto es posible significa que las células bacterianas son máquinas biológicas controladas por software. Si cambia el software, construye una nueva máquina. Todavía estoy asombrado por eso.
El desarrollo destaca el hecho de que estamos saliendo de la era en la que las células y el ADN deben transferirse físicamente de un lugar a otro, dice Voigt, a una en la que la biología es una ciencia de la información. Ahora sería posible secuenciar el genoma de un organismo en San Francisco, enviar la secuencia por correo electrónico a todo el país y crear ese organismo en un laboratorio en Maryland. Solo la información por sí sola es capaz de reconstruir ese organismo y convertirlo de nuevo en vida, dice Voigt.