Científicos de varias universidades norteamericanas y europeas han
logrado “el monte Everest de la biología sintética”, como dicen los
editores de Science:
el primer cromosoma eucariótico fabricado en el laboratorio. Se trata
de un cromosoma de levadura, el hongo que se usa para hacer cerveza,
pan, biocombustible y la mitad de la investigación sobre los organismos
eucariotas, como nosotros. La capacidad de introducirle un cromosoma
sintético a ese organismo permitirá mejorar todo lo anterior, como hacer
biocombustibles más sostenibles para el entorno o diseñar nuevos
antibióticos, además de un nuevo continente de investigación sobre la
pregunta del millón: cómo construir el genoma entero de un organismo
superior. La reconstrucción de un neandertal, por ejemplo, sería
imposible sin este paso esencial.
La biología sintética es una disciplina emergente que trata no ya de
modificar organismos, sino de diseñarlos a partir de principios básicos.
En los últimos cinco años ha logrado avances espectaculares, como la
síntesis artificial del genoma completo de una bacteria y varios virus.
Pero esta es la primera vez que consigue fabricar un cromosoma completo y
funcional de un organismo superior, o eucariota (una célula buena, en
griego, la que forma los humanos). El consorcio liderado por Srinivasan
Chandrasegaran, del Departamento de Ciencias de la Salud Ambiental de la
Universidad Johns Hopkins, con la colaboración de Jef Boeke, presenta
su rompedor resultado en la revista Science.
“Nuestra investigación mueve la aguja de la biología sintética desde
la teoría hasta la realidad”, dice Boeke, uno de los pioneros de este
campo. “Este trabajo representa el mayor paso que se ha dado hasta la
fecha en el esfuerzo internacional para construir el genoma completo de
una levadura sintética”.
Boeke empezó este proyecto hace siete años en otra universidad, la
Johns Hopkins de Baltimore, enrolando a 60 estudiantes universitarios en
un proyecto llamado Build a genome (construye un genoma). Las técnicas
para sintetizar ADN han mejorado mucho en la última década, pero suelen
producir tramos bastante cortos de secuencia, no mucho más allá de 100 o
200 letras (tgaagcct…). Los estudiantes se ocuparon de ir
pegando esas secuencias sintéticas en tramos cada vez mayores. El
cromosoma final mide cerca de 300.000 letras.
Que un hito científico se refiera a la levadura (Saccharomyces cerevisiae),
un hongo unicelular que ya utilizaban los antiguos egipcios para hacer
la cerveza, parece una buena paradoja o un mal chiste, pero no es así.
La división fundamental entre todos los seres vivos de la Tierra no es
la que existe entre plantas y animales, ni entre microorganismos y
especies grandes o macroscópicas: es entre procariotas (bacterias y
arqueas) y eucariotas (todos los demás, incluidos nosotros).
Y lo importante de la levadura es que, por mucho que sea un organismo
unicelular, cae en nuestro lado de la barrera. No es exagerado decir
que la mayor parte de lo que sabemos sobre la biología humana se debe a
la investigación de este familiar hongo de apariencia modesta. La
levadura tiene unos 6.000 genes, y comparte un tercio de ellos con el
ser humano, pese a los 1.000 millones de años de evolución que nos
separan.
Los cromosomas son los paquetes en que se reparte el genoma de los
organismos superiores, o eucariotas. Son mucho más que un trozo de ADN:
están empaquetados en complejas arquitecturas formadas por centenares de
proteínas que interactúan con el material genético, como las histonas.
Están dotados de un centrómero, la maquinaria especializada en
distribuir una copia del genoma a cada célula hija en cada ciclo de
división celular; y sus extremos están protegidos por unos sistemas
singulares, los telómeros, que garantizan la integridad de la
información genética en cada ciclo de replicación. De ahí que el logro
actual vaya mucho más allá que la síntesis del genoma de una bacteria
que se había logrado hasta ahora.
Los humanos tenemos el genoma dividido en 23 cromosomas (o pares de
cromosomas); la levadura lo tiene distribuido en 16, y los científicos
se han centrado en el más pequeño de ellos, el número 3. Han extraído al
hongo su cromosoma 3 natural y lo han sustituido por su versión
sintética, llamada synIII, que cubre las funciones de su colega natural
pese a estar extensivamente alterado con toda clase de elementos
artificiales diseñados para facilitar su manipulación en el futuro
inmediato.
La fabricación de antibióticos es actualmente obra de microorganismos
Que el cromosoma sintético funcione en su entorno natural, una célula
viva de levadura, es el verdadero hito del trabajo, según los
investigadores. “Hemos mostrado”, dice Boeke, “que las células de
levadura que llevan el cromosoma sintético son notablemente normales; se
comportan de forma casi idéntica a las levaduras naturales, salvo por
que ahora poseen nuevas capacidades y pueden hacer cosas que sus
versiones silvestres no pueden hacer”.
La versión natural del cromosoma 3 de Saccharomyces cerevisiae tiene 316.667 bases (las letras
del ADN a, g, t, c). La versión sintética es un poco más corta, con
273.871 bases, como consecuencia de las más de 500 alteraciones que los
científicos han introducido en él. Entre estas modificaciones se
encuentra la eliminación de muchos tramos de ADN repetitivo que no
tienen función alguna, ya estén situados entre un gen y otro (secuencias
intergénicas) o dentro mismo de los genes (intrones).
También han eliminado los transposones, o genes que saltan de una
posición a otra en el genoma de todos los organismos eucariotas. El
cromosoma artificial synIII también lleva muchos tramos de ADN añadidos
por los investigadores. El número total de cambios de un tipo u otro se
acerca a los 50.000, pese a lo cual el cromosoma sintético sigue siendo
funcional.
Pese a sus evidentes implicaciones para la biología fundamental
–¿puede construirse el genoma de un organismo superior, incluido el ser
humano, a partir de compuestos químicos sacados de un bote de la
estantería?—, el proyecto tiene sobre todo objetivos aplicados. Y no
solo en las áreas industriales, como la fabricación de pan y bebidas, en
las que este organismo se ha utilizado siempre.
Ya ha habido virus y bacterias de laboratorio
Una de las aplicaciones que resaltan los autores es la mejora en la
manufactura de medicinas como la artemisina para la malaria o la vacuna
para la hepatitis B. Como la mayoría de los antibióticos provienen de
hongos, y la levadura es uno de ellos, también cabe predecir avances en
el diseño y producción de estos medicamentos.
Más a largo plazo, las levaduras sintéticas pueden facilitar la
síntesis de medicamentos anticancerosos como el Taxol, cuya vía de
síntesis es tan complicada e implica a tantos genes que supone un
formidable escollo para las tecnologías convencionales. En un área
industrial muy distinta, esta tecnología, según esperan sus autores,
servirá para desarrollar biocombustibles más eficaces que los actuales,
entre ellos alcoholes como el butanol, y también diésel de origen
biológico.
Y, por supuesto, synIII es solo el primero de los 16 cromosomas de la
levadura que los investigadores logran sintetizar. Los intentos de
repetir la hazaña con los otros 15 cromosomas ya están en proyecto, y
forman parte de un programa internacional llamado Sc 2.0 que implica a
científicos de Estados Unidos, China, Australia, Singapur y el Reino
Unido. En el nombre del proyecto, Sc es por Saccharomyces cerevisiae,
el nombre científico de la levadura de la cerveza, y el 2.0 quiere
enfatizar lo mucho que los seres vivos están a punto de parecerse a
cualquier otro desarrollo tecnológico. El objetivo es construir un
genoma completo de levadura, o el primer organismo complejo sintetizado
en el tubo de ensayo.
Echando la vista más hacia el futuro, cabe especular sobre la
resurrección de especies extintas como el mamut o el neandertal, cuyos
genomas ya han sido secuenciados a partir de sus restos fósiles. Si
estos proyectos llegan a abordarse alguna vez, tendrán que basarse en
una técnica similar a la que Boeke y sus colegas acaban de poner a punto
para este engañosamente simple hongo que tan servicial ha resultado a
la especie humana desde los albores del neolítico.
Fuente: El País
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