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Una máquina que acelera la evolución
En lugar de cambiar el genoma letra por letra, como se hace la mayor parte de la ingeniería genética, Iglesia de San Jorge y sus colegas han desarrollado una nueva tecnología que puede realizar 50 cambios en un genoma bacteriano casi simultáneamente, un avance que podría usarse para acelerar en gran medida la creación de bacterias que son mejores para producir medicamentos, nutrientes o biocombustibles.
Mejores errores: Usando una máquina especialmente diseñada (que se muestra aquí), los científicos pueden diseñar rápidamente hasta 50 cambios genéticos en bacterias, acelerando dramáticamente la búsqueda para diseñar fábricas de bacterias capaces de producir de manera eficiente medicamentos, biocombustibles y otros productos químicos.
Lo que una vez tomó meses ahora toma días, dice Stephen del Cardayré, vicepresidente de investigación y desarrollo de LS9, una compañía de biocombustibles con sede en el sur de San Francisco de la que Church es fundador. LS9 pronto planea usar la tecnología, llamada ingeniería genómica automatizada multiplex, o MAGE, para acelerar el desarrollo de células bacterianas que pueden producir combustibles y químicos renovables de bajo costo.
En el enfoque tradicional paso a paso de la ingeniería genética, los científicos modifican gen por gen el sistema metabólico de una célula, intentando acelerar algunas reacciones y amortiguar otras. Pero este método es lento e impredecible. El metabolismo de una célula consiste en millones de reacciones intrincadamente entrelazadas, por lo que hacer un cambio específico en un gen involucrado en una reacción puede no producir el resultado deseado o puede desencadenar efectos secundarios dañinos.
En cambio, Church y sus colaboradores atacan el genoma a gran escala. Ellos diseñan numerosos cambios genéticos dirigidos a genes en todo el genoma y luego los implementan todos a la vez, buscando la cepa bacteriana resultante que pueda producir mejor el producto deseado. Le permite realizar modificaciones en el genoma mucho más rápidamente que los procesos tradicionales de un solo paso que tenemos, dice Kristala Jones-Prather, ingeniera metabólica del MIT que no participó directamente en la investigación.
Bajo la tecnología MAGE, los científicos primero generan 50 hebras cortas de ADN, cada una de las cuales contiene una secuencia similar a un gen o secuencia reguladora de genes en el genoma bacteriano objetivo, pero que se ha actualizado de alguna manera, incorporando un cambio que podría hacer que una enzima sea más eficiente, o impulsar la producción de una proteína en particular.
El ADN se mezcla en un vial de bacterias, que luego se coloca en una máquina hecha a medida diseñada en el laboratorio de Church. En la máquina, la mezcla se somete a una rutina coreografiada con precisión de ciclos de temperatura y químicos que estimulan a las células bacterianas a absorber el ADN extraño, intercambiándolo en sus genomas en lugar de la pieza nativa a la que se parece. Se cree que las piezas de ADN de una sola hebra simulan la maquinaria de replicación del ADN de la célula, infiltrándose y llenando un vacío durante el proceso de replicación, dice Church. Cada generación de bacterias que se reproducen rápidamente absorbe más ADN extraño y, en última instancia, produce una población que tiene todos los cambios genéticos deseados.
Como prueba de funcionamiento del dispositivo, Church y su equipo crearon bacterias que podrían producir licopeno de manera más eficiente, un antioxidante abundante en los tomates. Diseñaron cadenas de ADN dirigidas a genes que se sabe están involucrados en la producción de licopeno y luego monitorearon múltiples tubos de bacterias manipuladas para la producción del compuesto de color rojo brillante. En solo tres días, habían generado una cepa que podría producir cinco veces más licopeno, según los hallazgos presentados en una conferencia en Harvard este mes. El mejor productor de licopeno tuvo 24 cambios genéticos, cuatro que completaron la producción bloqueada de la proteína del gen y 20 que resultaron en cambios pequeños o grandes en la expresión de ese gen.
Church y sus colaboradores, que en última instancia planean hacer una versión comercial del dispositivo, ahora están trabajando en la creación de diferentes tipos de productos químicos, incluidos biocombustibles y precursores de drogas.