por admin » Mar Jun 01, 2010 4:46 pm
Cómo creamos la primera célula sintética
Por J. Craig Venter y Daniel Gibson
En 1995, reportamos las secuencias de ADN de los primeros genomas celulares. Hoy en día, las secuencias de genoma, que contienen las instrucciones genéticas de un organismo, se obtienen de forma rutinaria y son depositados en bases de datos informáticas.
Recientemente, anunciamos que este proceso puede ser revertido. La información digitalizada del ADN del Micoplasma mycoides, una bacteria simple, puede llevarse a la vida.
Para lograrlo, nuestro grupo de 25 investigadores tuvo que descifrar el código de instrucciones de esta bacteria, sintetizarlas y luego reflejarlas en una célula receptora. Tuvieron que superarse muchos obstáculos técnicos. Pero US$40 millones en investigación y 15 años más tarde, podemos combinar todos estos pasos y producir células sintéticas en un laboratorio.
Entonces, ¿qué tiene de nuevo y exclusivo lo que hicimos? El proceso de sintetizar una célula empezó en una computadora. Comenzamos con las más de un millón de letras de las instrucciones genéticas del Micoplasma mycoides y a continuación, introdujimos pequeñas modificaciones a su secuencia de ADN. Primero, borramos 4.000 letras, que eliminaron la función de dos genes. Luego sustituimos 10 genes con cuatro secuencias con "marca de agua". Cada una de estas secuencias tiene 1.000 letras de longitud y pueden ser decodificadas hasta revelar nombres de personas, citas célebres y la dirección de un sitio web. A continuación, la secuencia entera de letras de ADN fue partida en 1.100 partes, y cada una fue sintetizada usando cuatro frascos diferentes de químicos que forman el ADN. Estos fragmentos fueron diseñados de modo que 80 de las piezas adyacentes se superpusieran, lo que facilitó el proceso de ensamblaje al proveer regiones únicas donde las piezas sintéticas podrían unirse.
El genoma sintético del Mycoplasma mycoide fue construido al añadir los fragmentos traslapados de ADN a levadura. Una vez dentro de la célula de levadura, su maquinaria reconoció que dos fragmentos de ADN tenían la misma secuencia y las ensambló en esta región superpuesta. El genoma no se formó a partir de las 1.100 piezas a la vez sino en tres fases: de 1.000 letras a 10.000 letras, de 10.000 letras a 100.000 y finalmente de 100.000 hasta completar el genoma de 1,08 millones de letras. Este genoma ensamblado es la mayor estructura definida químicamente que se haya sintetizado hasta ahora en un laboratorio.
El paso final en la creación de una célula sintética es activar el genoma químicamente sintetizado el citoplasma de una célula receptora. Transplantamos el genoma sintético del Mycoplasma mycoides a las células receptoras de una bacteria relacionada (Mycoplasma capricolum). Para hacer eso, tuvimos que de desactivar un gen de enzima restrictiva en las células receptoras. Sino, habrían destruido el genoma sintético entrante. El 26 de marzo, el genoma sintético fue "activado", y empezaron a producirse las células autorreproductivas Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0
Hacemos referencia a la célula que creamos como célula "sintética" porque está controlada exclusivamente por un genoma sintético ensamblado a partir de fragmentos de ADN químicamente sintetizados. Incluso teniendo en cuenta que el citoplasma de la célula receptora no es sintética, el transplante consiguiente y su reproducción en un plato para formar una colonia, las células resultantes no contendrán ninguna de las moléculas que estuvieron presentes en la célula receptora original. El software de ADN construye su propio hardware para que las características de las células controladas por el genoma sintético sean las mismas que si la célula completa se hubiera producido sintéticamente. La célula sintética guarda múltiples diferencias genéticas con respecto a su par más cercano, incluyendo 4.658 letras de la secuencia de ADN que contienen la "marca de agua" de "código dentro del código".
Pese a que la cobertura mediática ha descrito nuestra investigación como un avance importante en nuestro entendimiento de la naturaleza de la vida, no es la primera vez que se ven esta clase de titulares. El 14 de diciembre de 1967, Arthur Kornberg, junto a sus colegas Mehran Goulian y Robert Sinsheimer, anunciaron haber logrado copiar el ADN del virus phiX174, creando la misma capacidad de infección que un virus salvaje. Mientras esto fue logrado 11 años antes de que la secuencia del genoma viral fuera conocida, esperaban que su logro impulsara el estudio futuro de la genética, la búsqueda de curas a enfermedades virales y hereditarias y revelar los procesos más básicos de la vida en sí misma. El presidente Lyndon Jonson lo calificó como un "descubrimiento muy espectacular".
Kornberg no creó vida en un tubo de ensayo, al igual que nosotros tampoco creamos vida desde cero. Nosotros transformamos un organismo vivo en otro organismo vivo. Tampoco diseñamos ni construimos un nuevo cromosoma a partir de la nada. En su lugar, sintetizamos, usando exclusivamente información digitalizada, una versión modificada del genoma natural del Mycoplasma mycoides. Es resultado no es una forma "artificial" de vida. Obtuvimos una célula autorreproductiva muy real que la mayoría de microbiólogos sería incapaz de diferenciar de su contraparte natural sin la ayuda de la secuenciación del ADN.
El presidente Johnson, en referencia al trabajo de Kornberg, comentó: "Imaginen que el Estado decreta dónde empieza la vida. Este será uno de los grandes problemas; una de las grandes decisiones. Si piensa en algunas de las decisiones que el presidente actual está tomando, será como una clase de preescolar en comparación con las decisiones que tendrá que tomar algún presidente del futuro".
Johnson tenía razón. En una carta al presidente de la nueva comisión de bioética, el presidente Barack Obama escribió: "Como saben, un equipo de científicos han anunciado un nuevo hito en el emergente campo de la investigación genética conocido como biología sintética. Mientras los científicos llevan usando ADN para desarrollar células modificadas genéticamente desde hace años, por primera vez, todo el material genético natural en una célula bacteriana ha sido reemplazado por un conjunto sintético de genes. Este desarrollo presagia las posibilidades de importantes ventajes, como la capacidad de acelerar el desarrollo de vacunas. Al mismo tiempo, levanta dudas genuinas, por lo que debemos estudiar con cuidado las implicaciones de esta investigación".
Nosotros esperamos que se dé esa revisión y diálogo. Solicitamos una revisión bioética antes de llevar a cabo nuestro primer experimento y siempre hemos participado en la discusión política relacionada a nuestro campo de estudio dado que somos conscientes de que nuestros progresos tienen muchas implicaciones. Actualmente hay en torno a 6.800 millones de personas en nuestro planeta y muy pronto serán más de 9.000 millones. Es obvio que pasamos apuros para abastecer a la población de suficiente alimento, agua potable, cuidado de salud y electricidad sin deteriorar el medio ambiente. ¿Cómo podremos suplir a más de 9.000 millones de habitantes sin avances científicos significativos? Creemos que los genomas sintéticos podrían ser una solución.
Actualmente estamos trabajando en el diseño de nuevas células que capturen con más facilidad el dióxido de carbono y "corregir" (o incorporar) el carbono, convirtiéndolo en nuevas moléculas de combustible, nuevos aceites comestibles, y nuevas fuentes de plásticos y químicos biológicamente derivados. Ya contamos con el financiamiento de los Institutos Nacionales de la Salud para utilizar nuestras herramientas de ADN sintético para construir segmentos sintéticos de todos los virus de la gripe conocidos para que podamos desarrollar con rapidez nuevos candidatos a vacunas en menos de 24 horas. También estamos recibiendo financiación para ver si podemos tomar conjuntos de genes de una bacteria para diseñar nuevos caminos sintéticos para desarrollar complejos antibióticos que hoy en día son demasiado complicados de producir para los químicos.
Con una investigación tan amplia en marcha en este nuevo campo de la biología sintética, es muy probable que surjan incontables posibilidades que hoy ni siquiera podemos imaginar. En nuestro avance, debemos asegurarnos del uso seguro y responsable de estas tecnologías para que puedan ser aplicadas a buenos fines sociales.
Venter, un científico genómico, es el fundador y presidente del Instituto J.Craig Venter y fundador y presidente ejecutivo de la empresa biotecnológica Synthetic Genomics Inc.
Gibson es un biólogo molecular y profesor asociado en el Instituto J. Craig Venter.
