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Bacterias sintéticas y edición de genes: nueva frontera de la Biología

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La creación de la primera bacteria sintética, la célula mínima, con el genoma mínimo (con solo los genes necesarios para mantener la vida en la forma más simple: 473 genes) ha generado expresiones y reacciones encontradas.

por Oswaldo Báez Tobar

Primeras bacterias sintéticas

Los medios de comunicación informaron en el año 2010 que el equipo de investigadores del Instituto Craig Venter de EE.UU. logró desarrollar la primera célula bacteriana sintética. Un reciente estudio publicado en la revista científica Science reportó la síntesis del genoma de una bacteria que tiene solo 473 genes, se le conoce en los medios científicos como JCVI.syn3.0; es el genoma bacteriano más pequeño capaz de replicarse, en él se ha podido identificar los genes esenciales y los no esenciales, pero aún se desconoce la función de 149 de ellos. (1)

El mencionado  artículo de Science se refiere a la ¨Creación de una célula bacteriana controlada por un genoma sintetizado químicamente¨ lo cual requirió el diseño del genoma de la bacteria experimental por métodos bioinformáticos, su síntesis bioquímica y trasplante a una célula huésped; con lo cual se obtuvo un microorganismo nuevo cuyas funciones dependen del genoma trasplantado. El hecho ha provocado expresiones de júbilo pero también serias preocupaciones.

Hay quienes afirman que por primera vez se ha generado vida en el laboratorio, otros en cambio dicen que apenas se ha dado el paso inicial. ¨Este es un paso importante en la creación de una célula viva¨, puntualizó Chris Voigt, biólogo del Instituto Tecnológico de Massachusetts, MIT. (2)

Una célula artificial “viva” sería una célula hecha totalmente de manera sintética con capacidad de intercambiar materia y energía, guardar y transmitir información y tener la habilidad de mutar. Tal célula artificial “viva” aun no es factible - y quizá nunca lo sea-. Lo que ya se ha creado en el laboratorio son  genomas sintéticos,  se los ha introducido en células hospedantes a las que se les ha extraído su genoma, pero conserva los componentes del citoplasma  y la membrana celular. La “nuevas” células portadoras de genomas sintéticos son capaces de replicarse. (3)

Breve revisión histórica

La  revolución de las ciencias de la vida comenzó con el descubrimiento  de la estructura del ADN en 1953,  fue seguido por el ARN, el código genético y la síntesis de proteínas. En las últimas décadas se logró incrementar el conocimiento de la naturaleza de la información genética de las bacterias, que son los microrganismos más sencillos y abundantes de la Tierra, así como de otros de mayor  complejidad: protozoarios, hongos, plantas y animales. Más tarde se descubrió el mecanismo de la expresión de los genes, es decir su función en la constitución y funcionamiento de los seres vivos; pues los organismos requieren automantenerse mediante el metabolismo, reproducirse, adaptarse a su entorno y evolucionar.

En la primera década del siglo XXI se logró determinar la secuencia completa del ADN humano y de numerosos especies de plantas y animales, lo que dio inició  a la “era genómica”. (Ver: La Era Genómica, promisoria y enigmática. Periódico Opción: 1-15 mayo 2013.). El avance vertiginoso alcanzado en este campo se debió al desarrollo  de la biología y genética molecular pero también a la convergencia de la nanotecnología, biotecnología y las tecnologías informáticas.  Hitos clave en esta carrera fueron el perfeccionamiento en la tecnología del ADN que abrió nuevas posibilidades para manipular esta molécula, cortar segmentos, reubicarlos en cromosomas de otros organismos, eliminarlos, remplazarlos por otros, como se hace en los laboratorios de ingeniería genética más avanzados. (4)

En años recientes se ha llegado a desarrollar nuevas tecnologías para la síntesis biomolecular, ingeniería de sistemas biológicos o Biología sintética, cuyo objetivo es el diseño de sistemas biológicos que no existen en la naturaleza; lo que implica la creación de nuevos organismos programables o microorganismos artificiales, para lo cual ya se ha  identificado el genoma mínimo, es decir, el conjunto de genes necesarios para permitir a las “células” artificiales autoreplicarse.

Se anuncia que la Biología sintética tendrá muchas aplicaciones en el ámbito de la biomedicina, producción de fármacos, terapia génica, reparación y regeneración de tejidos, reprogramación celular, biorremediación, biosensores,  producción de energía y síntesis de biomateriales; así la Biología sintética llegará a tener un gran  impacto en la biotecnología en los próximos años. (5)

Otra línea investigación en la era genómica es la edición de genes. En el año 2015 se perfeccionó la edición de genes mediante la técnica denominada CRISPR-Cas9, modulación o impresión de genes; esto representa el logro más notable en la biología y la ingeniería genética, pues posibilita manipular, diseñar el ADN y repararla según el interés del investigador. (CRISPR en traducción al español significa: Repeticiones Cortas Palindrómicas Agrupadas y Regularmente Interespaciadas).

La técnica CRISPR-Cas9 es una herramienta molecular que se usa para “editar” o “corregir” el genoma de cualquier célula incluidas la células humanas. Es una especie de “bisturí molecular” de alta precisión capaz de cortar cualquier molécula de ADN de una manera muy precisa,  modificar su secuencia eliminar o insertar un nuevo ADN.

El año 2012 las doctoras Emmanuelle Charpentier de la universidad de Umeá, Suecia y Jennifer Doundna de la universidad de California, EE.UU. demostraron que se puede aplicar la herramienta para la edición programable del ADN; es decir cortar una secuencia deseada de un genoma, in vitro,  e insertar, suprimir, modificar segmentos de ADN, luego  situarlo  en una posición específica del cromosoma. Ahora se aplica este método para manipular el genoma de plantas, animales y líneas celulares de laboratorio. (La edición de un genoma es un proceso similar a la edición de un texto, lo cual requiere una lectura analítica para perfeccionarlo: quitando, poniendo o corrigiendo palabras).

Una técnica similar ha sido desarrollada por George Church de la universidad de Harvard y Feng Zhang del Broad Institute del MIT. En sus publicaciones han reportado  la aplicación de CRISPR-Cap9 en células de ratones, cerdos y humanos. (6)

La mencionada técnica ha sido calificada como la técnica genética más importante del siglo, “el bisturí más preciso del mundo para cortar y pegar ADN”. La edición de genes ha abierto nuevas fronteras en la ingeniería genética; pero también ha iniciado una guerra por las patentes sobre CRISPR-Cas9. La posibilidad de su utilización para modificar el ADN en embriones humanos ha generado controversias y discusiones en todo el mundo. (7)

Los medios de comunicación  traen información  sobre el perfeccionamiento de la indicada técnica a la vez la posibilidad de  aplicarla en el ser humano. La autoridad británica de Fertilización Humana y Embriología, HFEA aprobó hace poco el permiso para la utilización del método CRISPR-Cas9 en embriones humanos; con lo cual se podrá  dirigir las investigaciones para localizar los genes defectuosos, para neutralizarlos, eliminarlos o reemplazarlos; encontrar los genes que causan enfermedades como el cáncer y otras.  Esto permitiría una mejor comprensión y el tratamiento de algunas enfermedades. Las perspectivas son promisorias, pero al mismo tiempo generan preocupación por su casi ilimitado potencial de aplicación en medicina humana: medicina genómica, terapia génica, etc.

Perspectivas

Las perspectivas de la ingeniería genética  y la biología sintética en años recientes son muy amplias  y potencialmente muy rentables: bacterias para sintetizar antibióticos, biocombustibles; biosensores para vigilar el medio ambiente o degradar el petróleo  derramado… Pero hay preocupación por cuanto también se podría producir armas biológicas, o los organismos genéticamente modificados que producirían alteraciones irreversibles e incontrolables si llegaran a escaparse al medio ambiente. Como expresara el Vaticano: la nueva tecnología podría ser un desarrollo positivo si se lo usa correctamente.

Las innovaciones tecnológicas no son buenas ni males, por sí mismas. Todo depende de cómo se las use: para beneficio de los seres humanos o para los grandes negocios. Este complejo escenario requiere ser analizado con el mayor rigor científico y profundidad filosófica para evaluar los potenciales beneficios y las posibles consecuencias. (8)

Análisis desde la biología teórica

La creación de la primera bacteria sintética, la célula mínima, con el genoma mínimo (con solo los genes necesarios para mantener la vida en la forma más simple: 473 genes) ha generado expresiones reacciones encontradas.

Si bien la bacteria “sintética” es capaz de exhibir ciertas funciones vitales en condiciones controladas de laboratorio, es decir en un ambiente ideal, no podría hacerlo fuera de él, porque no cuenta con los genes que le permitirían adaptarse a las condiciones reales del medio ambiente.

Se cuestiona a los investigadores de la Biología sintética por su excesivo triunfalismo y arrogancia: “Esperamos ser capaces de diseñar nuevas células que nunca antes se ha producido. Podemos construir todo aquello que queramos” –ha expresado Clyde Hutchinson- investigador principal del Instituto Venter. En cambio George Church, investigador de la universidad de Harvard, ha elogiado el trabajo, pero ha expresado sus dudas sobre las posibilidades reales de la Biología sintética al puntualizar que “la edición de genes por el método CRIPR-Cos9 está avanzando mucho más rápido. Es probable que la edición genética sea más práctica que construir desde cero” -como pretende la Biología sintética-.

La construcción de una “célula artificial” implicaría la creación de una pre-célula de novo,  es decir completamente hecha de materiales no vivos.  Lo que hasta ahora se ha logrado es: “Instalar el genoma de un organismo en el “chasis” de otro. Esto es diferente a sintetizar una célula viva a partir de ácidos grasos y proteínas. Es más como un robot bacteriano que un tipo de vida sintética”. “Los científicos no están creando nueva vida a partir de la nada, sino que están desarrollando nuevas maneras de dirigir el comportamiento de  ciertas células”. (9)

La evolución de la vida se inició en  “proto-células”, de ellas surgieron microorganismos unicelulares sencillos (sin núcleo conformado o células procarióticas) como las bacterias, más tarde los organismos constituidos por células eucarióticas (con núcleo estructurado) y de ellos evolucionaron seres vivos superiores constituidos de tejidos, órganos, sistemas de órganos, de alta complejidad estructural y funcional, lo que ocurrió en millones de años.  La vida no se reduce un conjunto mínimo de genes introducidos en una membrana y en un citoplasma de una bacteria receptora que neutraliza a sus propios genes, para favorecer ciertas funciones bioquímicas inducidas por genes “ajenos”. La vida es mucho más que eso; pretender reducirla a una mínima expresión es grave error conceptual.

Por otra parte se teme que la investigación de la Biología sintética podría tomar una dirección mercantil por los intereses de grandes corporaciones, como la ExxonMobil que se asoció con Synthetic Genomics Inc., compañía de biosíntesis de Craig Venter, para la creación de combustibles a partir de algas; o se podría orientar al desarrollo de armas biológicas tan letales como las atómicas. Esta preocupación motivó a la ONU a constituir el año 2015 un grupo de trabajo con la misión de estudiar las implicaciones de la nueva biotecnología y formular recomendaciones para los gobiernos de los países miembros.

Referencias

  1. 23-05-2016.
  2. 19-05-2016
  3. Célula artificial. 02-06-2016
  4. 25-05-2016
  5. .  Biología sintética. 02-06.2016
  6. http://dciencia.es/que-es-la-tecnologia.crispr-cas9  12/06/2016
  7. http://hipertextual.com/2016/04/crispr-precision 13/06/2016
  8. 19-05-2016
  9.   31-05-2016

Quito, 26-06-2016

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