Ciencia Kanija

La vida sintética podría estar justo a la vuelta de la esquina – dependiendo de lo que entiendas por “sintética”.

Trasplante de un genoma

La semana pasada, el pionero en genómica Craig Venter anunció que su equipo había conseguido un hito importante en su esfuerzo por crear una célula bacteriana cuyo genoma sea completamente sintético – construido químicamente a partir de los componentes fundamentales del ADN. Venter afirma que su objetivo podría lograrse en unos meses.

Pero mientras el genoma sintético de Venter será alojado en una célula bacteriana viva, otros científicos están apuntando al objetivo incluso más ambicioso de construir una célula viva completa a partir de los ingredientes básicos. Giovanni Murtas del Centro Enrico Fermi de la Universidad de Roma 3, Italia, informó la semana pasada en la reunión Synthetic Biology 3.0 (Biología Sintética 3.0) en Zurich, Suiza, que su equipo había dado un paso hacia este objetivo al sintetizar con éxito proteínas en compartimentos similares a células.

De acuerdo con George Church de la Escuela Médica de Harvard en Boston, que ha desarrollado un borrador completo para una célula sintética, sería suficiente una inversión de 10 millones de dólares para convertir el sueño en realidad. “Nuestra propuesta no requiere de nueva súper tecnología”, dice.

Cualquiera que sea la definición de vida sintética que adoptes, parece que ahora es más una cuestión de cuándo más que de si. “Estamos en el umbral de ser capaces de crear vida”, dice Steen Rasmussen, un físico que trata de crear sistemas de vida artificial en el Laboratorio Nacional de Los Álamos en Nuevo México.

Murtas y su equipo se las han arreglado para iniciar el proceso de síntesis de proteínas en esferas autoensamblables similares a células unidas por membranas de lípidos, conocidos como “liposomas”. Una proeza similar se consiguió en 2004 por Vincent Noireaux y Albert Libchaber de la Universidad de Rockefeller en New York, pero mientras que ellos sembraron sus vesículas de lípidos con extracto de células bacterianas de Escherichia coli, Murtas y sus colegas usaron una receta de 37 enzimas y un rango de moléculas más pequeñas para permitir la síntesis de proteínas.
Tras secas las moléculas de lípidos en las paredes de un tubo de plástico, el equipo de Murtas añadió a la mezcla enzimas y compuestos químicos, además del gen para la proteínas fluorescente verde (GFP). Algunos de los liposomas resultantes posteriormente crearon GFP durante varias horas.

Esto es, claramente, alguna forma de célula viviente, y para obtener algo irrefutablemente vivo el material genético necesita copiarse a sí mismo, y dividir las vesículas. Con esto en mente, Murtas y sus colegas están intentado incorporar a sus vesículas genes para enzimas que puedan formar nuevos lípidos, que esperan que hará que los liposomas crezcan hasta el punto de dividirse en vesículas hija más pequeñas.

Murtas está interesado en las células sintéticas como modelo de lo que sucedió en las primeras formas de vida que surgieron. Los logros de su equipo aún están lejos de una auténtica construcción “de abajo a arriba” debido a que la receta que usaron para la síntesis de proteínas tenía que incluir estructuras conocidas como ribosomas, compuestos de ARN y proteínas, que obtuvieron de la E. Coli. Estas “máquinas bioquímicas” dirigen la síntesis de proteínas, y para ser verdaderamente sintética, una célula tendría que incluir estructuras capaces de hacer un trabajo similar y que fuera ensamblada a partir de sus componentes básicos.

“Este es probablemente el mayor reto”, dice Church. Aunque los bioquímicos han sido capaces de ensamblar ribosomas en el laboratorio durante algunos años, esto ha requerido de altas temperaturas y unas duras condiciones químicas – no el tipo de entorno que se encuentra en las células vivas.

Pero se consiguió el progreso, y el año pasado Church, trabajando con Tony Forster de la Universidad de Vanderbilt en Nashville, Tennessee, publicó un borrador detallado para ensamblar una célula sintética desde cero (Molecular Systems Biology, DOI: 10.1038/msb4100090). Incluye 115 genes que serían combinados con varios compuestos bioquímicos para lograr que la células autoensamblable fuese capaz de vivir bajo ciertas condiciones de laboratorio controladas cuidadosamente. Los detalles aún necesitan trabajarse, pero Church cree que no quedan obstáculos básicos. Ve al organismo artificial del equipo convertido en la principal base de trabajo para la biotecnología que podría adaptarse para hacer tareas útiles tales como crear compuestos bioquímicos complejos.

A pesar del ámbito de la visión de Forster y Church, es Venter y su equipo los que están consiguiendo los titulares. Han estado trabajando durante años para desarrollar un genoma mínimo que contenga menos de 400 genes pero que tenga no obstante todo lo que necesita para sustentar a una célula viva libre. Han investigado qué genes son esenciales mediante un proceso de eliminación: dejando fuera de combate los genes de la bacteria Mycoplasma genitalium, que tiene por sí misma un genoma excepcionalmente pequeño. Venter inició la controversia el mes pasado intentando patentar el genoma mínimo resultante (New Scientist, 16 de junio, p 13).

El siguiente paso de Venter será sintetizar el genoma mínimo, y colocarlo en una célula bacteriana, y para esto necesita una técnica para reemplazar el genoma natural de la bacteria por una sintético. “Es verdaderamente esencial para lo que queremos hacer”, dice David Deamer, biofísico de la Universidad de California en Santa Cruz.

El novedoso “transplante de genoma” que anunció el equipo de Venter la semana pasada ha probado, en principio, que pueden hacer exactamente eso. Los investigadores, liderados por John Glass del Instituto J. Craig Venter en Rockville, Maryland, consiguieron transferir el genoma de un Mycoplasma mycoides a un parásito relacionado llamado Mycoplasma capricolum. Ambas especies infectan a las cabras, ovejas y vacas. Juzgando las proteínas qeu produjeron, las células resultantes parecían haber sido completamente transformadas en M. Mycoides (Science, DOI: 10.1126/science.1144622).

El equipo tomó una variedad de M. Mycoides resistente al antibiótico tetraciclina, abrió las células y usaron enzimas para asimilar sus proteínas, dejando sus cromosomas circulares intactos. Luego, incubaron estos cromosomas con células de M. Capricolum en un medio de cultivo que contenía un polímero llamado glicol polietileno (PEG).

PEG hace que se fusionen las membranas celulares, y los investigadores especularon que algunas células fusionadas de M. Capricolum, encapsulando el cromosoma de M. Mycoides de la misma forma. Las células que contenían los genomas múltiples se dividieron pronto, poniendo un genoma en cada célula hija.

Los investigadores entonces trataron sus cultivos con tetraciclina, que extermina aquellas que contuviesen el genoma de M. Capricolum mientras que las que contuviesen el genoma de M. Mycoides sobrevivirían. Aunque el trasplante funcionó en una de cada 150 000 células,esto fue suficiente para tener colonias saludables de bacterias transformadas sin ADN de M. Capricolum.

Venter dice que los esfuerzos por sintetizar su genoma mínimo partiendo de cero aún están en progreso, pero una vez que esté listo, el método de trasplante debería permitir que se crease la primera bacteria con genoma sintético con muy poco retraso. “Podría ser en semanas o meses”, dice.

No todos aceptan que la bacteria de Venter se calificará como organismo “sintético”. “Es un término equivocado”, dice Deamer, que argumenta que un nombre mejor sería el de organismo generado por ingeniería radical.

Entonces, ¿cuándo es probable que veamos vida sintética inequívoca, con todas las células construidas desde cero? “Podría ser en cinco meses o en 10 años”, dice Church. “Estas cosas no son tanto cuestión de escalas de tiempo como de la cantidad de dinero disponible”.