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Levadura 2.0
Los científicos han sintetizado un cromosoma de levadura completo, el primer cromosoma artificial para el reino de la vida que incluye humanos, plantas y hongos. La levadura con el cromosoma artificial parecía ser tan feliz como sus contrapartes naturales, informa el equipo. Los métodos desarrollados para crear la estructura genómica del diseñador podrían ayudar a los biólogos sintéticos a utilizar mejor los hongos unicelulares como fábricas biológicas de productos químicos como biocombustibles y medicamentos.
Imagen de electrografía de barrido de una célula de levadura que brota de una célula hija.
Los seres humanos han estado manipulando la levadura durante miles de años, primero convirtiendo cepas salvajes del hongo en fermentadores que afirman la vida y que nos dan cerveza y pan. La levadura también ha sido durante mucho tiempo un organismo de laboratorio para el estudio de la biología molecular y la genética; de hecho, mucho de lo que sabemos sobre la genética del cáncer proviene de investigaciones sobre nuestros amigos hongos. En los últimos años, los científicos han descubierto cómo diseñar nuevas vías bioquímicas en la levadura, creando fábricas vivientes para medicamentos, biocombustibles y más (ver Los microbios pueden producir en masa medicamentos contra la malaria y se abre una planta de biocombustibles en Brasil). El informe del primer cromosoma de levadura de diseño artificial sugiere formas para que los investigadores produzcan nuevos químicos en los microbios o potencialmente hagan que su producción biológica sea más eficiente.
Hace seis años, el Instituto J. Craig Venter construyó el primer cromosoma artificial, que abarcaba el genoma completo de una bacteria (consulte Sintetizar un genoma a partir de cero). Dos años más tarde, ese genoma artificial de 582,970 pares de bases fue trasplantado a una célula que comenzó con éxito a llevar a cabo sus instrucciones (ver Célula de reinicio del genoma sintético).
El primer cromosoma de levadura sintético, reportado en Ciencias el jueves , representa solo una parte del genoma completo de ese organismo y tiene 272.871 pares de bases de largo. El equipo dirigido por la Universidad Johns Hopkins primero diseñó el cromosoma en una computadora, racionalizando la secuencia cromosómica natural para que tuviera secuencias menos repetitivas y otros ajustes. Estudiantes de pregrado en una clase llamada Construir un genoma en Johns Hopkins utilizó trucos de biología molecular para unir fragmentos de ADN de alrededor de 70 nucleótidos (A, T, G y C) de largo en bloques de 750 pares de bases. Luego, otros investigadores continuaron ensamblando esos bloques en tramos más largos del cromosoma y, finalmente, los trozos más grandes se entregaron en las células de levadura, que asumieron los últimos pasos de ensamblaje para crear el cromosoma artificial completo.
El cromosoma artificial es una versión de diseño de solo uno de los 16 cromosomas de la levadura, y además el más pequeño. Pero el trabajo es un importante paso adelante para la biología sintética y un hito en un esfuerzo internacional para construir un genoma de levadura completamente sintético. proyecto Sc2.0 (del nombre científico de la levadura de panadería, Saccharomyces cerevisiae ).
Además de eliminar algunas secuencias innecesarias del código de su cromosoma de diseño, los investigadores también flanquearon muchos genes en el cromosoma con pequeños fragmentos de ADN que actúan como sitios de aterrizaje para una proteína que se puede usar para crear mutaciones bajo demanda. Con estos cambios de diseñador, los investigadores dicen que podrán probar cuántas mutaciones puede tolerar un genoma de levadura a la vez y descubrir potencialmente mutaciones beneficiosas que podrían dar lugar a cepas que puedan sobrevivir en una gama más amplia de condiciones o quizás ser mejores fábricas para moléculas útiles como combustibles y medicamentos. Los investigadores ya han demostrado que la inducción de mutaciones en levaduras utilizando los sitios del diseñador llevó a que algunas células crezcan más lentamente y otras que crezcan más rápidamente.
El investigador principal Jef Boeke dice El borde que el equipo planea crear estas adiciones listas para la mutación en los 16 cromosomas. Esa fuente de variabilidad podría ser clave para encontrar formas de empujar a nuestros amigos fermentadores a crear de manera más eficiente biocombustibles y otras sustancias químicas.