La biología sintética, en la fase de Gutenberg

Si Mary Shelley escribiera hoy y no en 1818 su conocido libro, el doctor Victor Frankenstein sería un biólogo sintético, escribía el año pasado en The Conversation Ian Haydon, bioquímico de la Universidad de Washington.

Poco después de deletrear el genoma humano, a comienzos de este siglo, algunos biólogos se apresuraron a reescribir genomas sencillos.

En el año 2000 Science informó de la síntesis del virus de la hepatitis C. En 2002 se sintetizó el poliovirus, con 7.741 pares de bases. En 2003, el genoma de 5.386 pares de bases del bacteriófago Phi X 174 se ensambló en dos semanas. En 2006, el equipo de Craig Venter, pionero de la secuenciación y padre privado del Proyecto Genoma Humano, construyó y patentó un genoma sintético de la bacteria Mycoplasma laboratorium a partir del Mycoplasma genitalium. Los 482 genes de este organismo los redujeron a 382, que teóricamente representarían el genoma mínimo.

Poco después de deletrear el genoma humano, a comienzos de este siglo, algunos biólogos se apresuraron a reescribir genomas sencillos

En 2010 sintetizaron el genoma de M. mycoides, de 1,08 millones de pares de bases y lo insertaron en una célula de Mycoplasma capricolum a la que se le había extraído el ADN. La nueva bacteria se llamó JCVI-syn1.0 o Synthia.

Experimentos adicionales para identificar el conjunto más pequeño de genes que originarían un organismo funcional condujeron en 2016 al JCVI-syn3.0, con 473 genes, 149 de los cuales tenían una función desconocida. El JCVI-syn3.0 se considera el primer organismo verdaderamente sintético.

El mismo año se publicó en Science el diseño de un genoma de Escherichia coli, organismo más eficiente que el Mycoplasma para manipulaciones biológicas.

Aquel diseño se ha encarnado ahora, según publicaba Nature el pasado mayo, en el genoma más recodificado hasta la fecha de E. coli, con 4 millones de pares de bases, a cargo del laboratorio de Jason Chin en el Medical Research Council de Cambridge (Gran Bretaña).

El proceso, claro está, lo han denominado Genesis. Han utilizado un esquema de recodificación más sencillo que el que emplea la propia naturaleza: por ejemplo, el aminoácido serina puede construirse con los codones TCA, AGT, AGC, TCT, TCC y TCG; los británicos solo usaron los codones AGC y AGT.

Chin ha llamado Syn61 a su E. coli, por el número de codones que utiliza. “La recodificación desafía la fórmula de la vida”, ha dicho Tom Ellis, del Imperial College de Londres en la web Stat News.Al liberar algunos codones, los científicos pueden darles una nueva función. Con un genoma recodificado, una célula podría sintetizar nuevas enzimas y proteínas y fabricar nuevos productos químicos “para la medicina, la alimentación y la industria”. Los genomas reprogramados podrían ser además impermeables al ataque de los virus.

El pasado año se publicó el primer genoma generado por computadora, que representa un gran paso hacia la creación de moléculas medicinales y completamente sintéticas

En otro experimento de biología sintética, un equipo de la Universidad Politécnica de Zúrich publicó el pasado abril en Proceedings of the National Academy of Sciences el primer genoma generado por computadora. Llamado Caulobacter ethensis-2.0, se creó limpiando y simplificando el código de la bacteria Caulobacter crescentus.

Por ahora, no existe como organismo vivo, pero sus diseñadores dicen que es un gran paso hacia la creación de moléculas medicinales y completamente sintéticas. Este trabajo se basa en el que hizo Venter con el Mycoplasma, pero si aquella síntesis era un remake digital de un organismo real, el nuevo proyecto es un remix: se coge lo que funciona del original y se ajusta para que sea más eficiente. De los 4.000 genes del C. crescentus, vieron que solo 680 bastan para mantener vivas las bacterias en el laboratorio. “Hemos reescrito por completo el genoma en una nueva secuencia de ADN que ya no se asemeja a la original”, explicaba Beat Christen, coautor del estudio. “Sin embargo, la función biológica sigue siendo la misma”.

En esta ambiciosa reingeniería biológica, el proyecto internacional Sc2.0 continúa trabajando en la síntesis de los 16 cromosomas de la levadura Saccharomyces cerevisiae: ya han completado seis de ellos. Y algo más lejano, el Genome Project-Write (GP-Write), que dirigen Jef Boeke y George Church, dos pesos pesados de la genética mundial, pretende sintetizar en diez años todos los cromosomas humanos.

Jef Boeke, director del Instituto de Genética de Sistemas de Langone matiza que la biología sintética “aún está en la fase de Gutenberg” 

Jef Boeke, director fundador del Instituto de Genética de Sistemas en el Centro Médico Langone de la Universidad de Nueva York, matiza que la biología sintética “aún está en la fase de Gutenberg”: los tipos móviles del vocabulario genético hay que unirlos con cuidado.

Pero promete desde árboles resistentes al fuego a microbios intestinales que eliminan invasores dañinos y órganos de reemplazo compatibles, según un informe presentado la semana pasada en Nueva York por el Engineering Biology Research Consortium, una entidad público-privada financiada en parte por la National Science Foundation de Estados Unidos.

Coordinada desde la Universidad de California en Berkeley, agrupa a más de 80 científicos e ingenieros de diversas disciplinas, que representan a 30 universidades y una docena de empresas. “El objetivo -según Emily Aurand, que dirige el plan de ruta- es abordar cómo las aplicaciones de la ciencia pueden expandirse para resolver los desafíos sociales, imaginar cómo los sistemas biológicos pueden hacer del mundo un lugar mejor, más limpio y más emocionante”.

Como aperitivos, el informe cita manzanas que no se decoloran, cultivos resistentes a la sequía y la salinidad, células sanguíneas e inmunes artificiales, microorganismos devoradores de petróleo y plásticos, microbiomas de rumiantes que generen menos metano, un fármaco antimalárico producido por bacterias, maíz que produce su propio insecticida, carne y textiles de laboratorio… Tras el dominio de la física y de la química, ha llegado la hora de la biología, anuncian con orgullo.

Alta Charo, profesora de bioética, compara la ingeniería genética
con el fuego en la prehistoria: “Podríamos haber decidido no jugar con él”, puede iluminar la biología o causar incendios

El fantasma de Frankenstein acecha sin embargo detrás de estas manipulaciones. Pioneros de la edición genética como Kevin Esvelt, del MIT, y Jennifer Doudna y Feng Zhang, dos de los padres de la técnica CRISPR, han pedido cautelas y moratorias sobre todo en lo referente a los genes humanos. Y Alta Charo, profesora de derecho y bioética en la Universidad de Wisconsin, comentaba en Chemical and Engineering News que la probabilidad de resultados positivos debe compararse con las posibles consecuencias no deseadas o los usos imprevistos de la escritura del genoma.

Charo recurre a la metáfora del fuego en la prehistoria: “Podríamos haber decidido no jugar con él”. De igual modo, la ingeniería genética puede iluminar la biología y conducir a hallazgos maravillosos o bien causar incendios devastadores.

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