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Sintetizar un genoma desde cero
En un tour de force técnico, los científicos del Instituto J. Craig Venter , en Rockville, MD, han sintetizado el genoma de la bacteria Mycoplasma genitalium completamente desde cero. La hazaña es un trampolín en la creación de máquinas microbianas diseñadas con precisión capaces de generar biocombustibles y realizar otras funciones útiles.
Genomas sintéticos: Aquí se muestra una pieza circular de ADN sintetizada desde cero, el primer genoma bacteriano creado de esta manera.
Realmente es innovador que puedas construir sintéticamente un genoma para una bacteria, dice Chris Voigt , biólogo sintético de la Universidad de California en San Francisco, que no participó en el proyecto. Es más grande en órdenes de magnitud que lo que se ha hecho antes.
Los biólogos que crean organismos modificados genéticamente ahora ordenan de forma rutinaria fragmentos de ADN que tienen entre 10.000 y 20.000 pares de bases de largo, lo suficientemente grandes como para incorporar los genes para una única vía metabólica. Eso permite a los investigadores diseñar microbios que pueden realizar tareas específicas, pero la capacidad de sintetizar genomas completos podría otorgar un nivel completamente nuevo de control sobre el diseño biológico. (Consulte Bacterias que matan tumores).
En el nuevo estudio, los científicos ordenaron 101 fragmentos de ADN, que abarcan todo el Micoplasma genoma, de empresas comerciales de síntesis de ADN. Estos fragmentos se diseñaron de modo que cada uno se superpusiera a su secuencia vecina en una pequeña cantidad; estos tramos superpuestos se mantienen unidos gracias a las propiedades químicas del ADN. Luego, los investigadores unieron los fragmentos pieza por pieza, generando finalmente el par de bases completo de 582,970 Micoplasma secuencia. Los hallazgos fueron publicados el jueves en el edición en línea de Ciencias .
Consideramos que este es un segundo y significativo paso en un proceso de tres pasos de nuestro intento de crear el primer organismo sintético, dice Craig Venter, presidente del Instituto Venter. Venter y sus colegas, en última instancia, quieren crear un genoma mínimo, uno con el menor número de genes necesarios para mantener la vida. Identificar el genoma mínimo arrojará luz sobre los procesos celulares clave y proporcionará una base para diseñar organismos sintéticos sofisticados. En última instancia, queremos diseñar células que puedan funcionar de manera robusta para producir biocombustibles únicos, dice Venter.
El próximo paso de los investigadores será demostrar que el genoma sintético funciona como debería. Tenemos todo el genoma ensamblado en un tubo, pero necesitamos trasplantarlo a la célula de una especie diferente para demostrar que puede reiniciar la célula, dice Hamilton Smith, premio Nobel que supervisó el proyecto en el Instituto Venter. El año pasado, el grupo de Smith trasplantó el genoma de una especie de Micoplasma a otro, demostrando que este tipo de trasplante es posible. (Consulte Trasplante de un genoma).
Si bien la síntesis de un genoma puede ser impresionante desde una perspectiva científica, todavía no es una forma práctica de diseñar microbios para producir biocombustibles. En cambio, varias empresas, incluidas Genómica sintética , una empresa de biotecnología fundada por Venter para diseñar microbios para obtener energía, está utilizando técnicas de ingeniería metabólica más tradicionales para generar bacterias productoras de combustible. (Consulte Creación de mejores biocombustibles). Lo que estamos haciendo con los cromosomas sintéticos será el proceso de diseño para el futuro, dice Venter.
Otros en el campo están entusiasmados con esa perspectiva. Ser capaz de sintetizar genomas abre un mundo nuevo, dice Voigt. Puedes construir cosas a la escala del genoma. Por ejemplo, dice, los científicos ahora están diseñando bacterias para que realicen diferentes pasos en la conversión de biomasa en etanol: una cepa para descomponer la biomasa, otra para producir etanol. Pero idealmente, los científicos podrían unir esos procesos para crear un organismo que pudiera comer biomasa y escupir combustible. (Ver el Precio de Biocombustibles .) Eso requeriría un diseño a escala del genoma, dice Voigt.
Él compara el proyecto actual, que requirió varios pasos para pegar los fragmentos, con las últimas computadoras diseñadas antes de que se introdujeran las técnicas de fabricación automatizada y microfabricación. Se necesitan avances similares para proyectos de síntesis del genoma más ambiciosos. Todavía necesitamos desarrollar métodos de construcción del genoma de 'un paso' para reducir los costos y el tiempo de ejecución de la construcción del genoma, dice Drew Endy, biólogo sintético del MIT.