Biologia Sintética

El pasado 20 de mayo se dio a conocer una noticia que ha causado demostraciones tanto de júbilo como de completa consternación: la creación de una célula bacteriana controlada por un genoma sintético. ¿Cuáles son los antecedentes de esta investigación y sus posibles consecuencias?

Puedo afirmar —y no dudo en meter mi mano en el fuego por ello— que estamos viviendo los inicios de lo que se conocerá como la era de la biología molecular, la cual tendrá un impacto quizá mayor o por lo menos equivalente al descubrimiento y

desarrollo de la energía atómica que tuvo lugar en la primera mitad del siglo XX. Durante las últimas décadas hemos acumulado una enorme e invaluable cantidad de datos sobre la naturaleza de la información genética. Nuestro conocimiento es especialmente sólido en las bacterias, que son los organismos celulares más simples y más abundantes en la Tierra. Tenemos una idea bastante clara acerca de cómo funcionan los genes bacterianos, en qué forma interactúan unos con otros, con cuáles patrones —dependiendo de las condiciones ambientales— se encienden y se apagan, y cómo adquieren nueva información genética estos microorganismos. A este entramado de conocimientos tenemos que sumarle el inmenso arsenal de nociones que hemos obtenido mediante el análisis de los más de 1 000 genomas bacterianos que se han secuenciado hasta la fecha. Este arsenal es especialmente relevante, ya que nos permite analizar, a semejanza de lo que hace un ingeniero cuando revisa los planos de un edificio complejo, el plano de vida de un organismo. Un grupo creciente de investigadores afirma que ya poseemos un cuerpo de conocimientos de tal magnitud que podemos realizar nuestros propios diseños basados o inspirados en lo que ocurre en la naturaleza, y en consecuencia aseguran que estamos ante las puertas de lo que hoy en día, de manera tal vez un tanto presuntuosa, pero desde luego no infundadamente visionaria, empieza a ser denominado biología sintética.

Diseño genético

El término biología sintética no es nuevo en el lenguaje científico: surgió en los años 80 para referirse a la tecnología requerida para la producción de las primeras bacterias modificadas genéticamente que poseían uno o pocos genes ajenos a su patrimonio genético original; sin embargo, hoy por hoy el término tiene una connotación mucho más amplia, ya que se refiere a la ciencia y a las técnicas utilizadas para diseñar y construir bloques de genes que confieran a los organismos características y funciones nuevas, que no existen en la naturaleza. Y con ello me refiero no sólo a la modificación de microbios para que tengan, digamos, la capacidad de degradar compuestos sintéticos o producir biocombustibles, sino también, en última instancia, a la creación de nuevos organismos vivos, diseñados en el escritorio, y luego generados a partir de ingredientes químicos obtenidos en el laboratorio.

Dicho lo anterior, parece muy probable que surjan juicios encontrados: así, algunos opinarán que estamos frente al nuevo Frankenstein; para otros será el fin delvitalismo, posición filosófica que sostiene que la vida no se crea, se transmite, y, por lo tanto, asegura que el principio vital de algún modo es independiente de la estructura de la célula.

En general, los biólogos están de acuerdo en que todos los seres vivos deben cumplir con tres requisitos para que pueda considerarse que realmente están vivos: primero, ser capaces de automantenerse, es decir, tener un metabolismo; segundo, poder reproducirse; y tercero, poseer la capacidad de evolucionar. Esto es muy fácil de decir, pero establecer exactamente qué compuestos, qué genes y qué proteínas se requieren para cumplir esos tres requisitos, es algo muy diferente.

Uno de los puntos de vista más controversiales que sostienen los científicos involucrados en la biología sintética es que aseguran tener un acercamiento experimental para resolver el dilema más importante de la biología: entender los principios fundamentales del fenómeno al que llamamos vida. Su propuesta es que si queremos saber qué es la vida, la tenemos que sintetizar en el laboratorio, bajo condiciones experimentales estrictas. El primer paso firme ya se ha dado.

Organismos artificiales

El día 20 de mayo de este año recibimos una noticia extraordinaria, que seguramente cambiará el curso de la biología como ciencia y tendrá, en un futuro no muy lejano, repercusiones enormes en nuestra vida cotidiana. Ese día, Daniel Gibson, Craig Venter y otros 22 científicos del Instituto J. Craig Venter de Estados Unidos publicaron, en la influyente revista Science, un artículo cuyo titulo lo resume todo: “Creación de una célula bacteriana controlada por un genoma sintetizado químicamente”. Y lo resume todo porque, en otras palabras, la lectura del artículo revela varias primicias trascendentales: que, por primera ocasión, el material genético de un organismo (genoma) se diseña por métodos bioinformáticos(computacionales); que ese material genético se sintetiza químicamente y se trasplanta a una célula huésped, para dar origen a un organismo nuevo cuyas funciones dependen exclusivamente de las instrucciones que se le introdujeron. Los científicos más entusiastas opinan que se trata de la primera vez que se genera vida en el laboratorio; los más conservadores incluso están de acuerdo en que éste es un paso inicial, pero firme, para crear una célula viva completamente artificial.

Los inicios

El artículo aparecido en Science es el resultado de muchísimos años de arduo trabajo, durante el cual se tuvieron que sortear innumerables obstáculos. Muy probablemente, la génesis de este proyecto ocurrió cuando Craig Venter (ver recuadro) se propuso, hace 15 años, determinar la secuencia del material genético de la bacteria patógena Haemophilus influenzae. Con las técnicas actuales, esta meta se pudo haber alcanzado, literalmente, en unos cuantos días; sin embargo, hace década y media obtener la secuencia completa del ADN de una bacteria era un proyecto visionario, complicado y de alto riesgo, puesto que en ese entonces apenas surgían los primeros secuenciadores automáticos de ADN, y se carecía de herramientas computacionales para enfrentar ágilmente el problema. Muchos consideran que en realidad el nacimiento de las ciencias genómicas tuvo lugar mucho antes, el 28 de julio de 1995, fecha en que se publicó el artículo que daba cuenta de este proyecto.

Haber elegido Haemophilus influenzae como objeto de estudio fue una decisión muy inteligente, puesto que se trata una bacteria que puede crecer en condiciones de laboratorio, cuyo genoma se sabía pequeño y, por lo tanto, más fácil de secuenciar. Pocos meses después, el Dr. Venter y su equipo determinaron la secuencia del genoma de otra bacteria, Mycoplasma genitalium, que también crece en el laboratorio, pero en condiciones mucho más estrictas que las que requiereHaemophilus, pese a que tiene un genoma mucho más pequeño que el que posee esta última. La idea subyacente en estos proyectos era determinar cuál es el número mínimo de genes requerido para que una célula pueda ser considerada como viva. En 1996, y luego de sesudos análisis comparativos entre los genomas deMycoplasma y Haemophilus realizados con herramientas bioinformáticas, los doctores Koonin y Mushegian, de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) de Estados Unidos, estimaron que ese número mínimo es de 256 genes. Diez años después, Craig Venter y sus colaboradores decidieron cotejar experimentalmente esta aproximación. Con ese fin, se empeñaron en destruir uno a uno los genes deMycoplasma genitalium para determinar cuáles genes son esenciales para la vida y cuáles no. Así establecieron que 100 genes de esta bacteria son completamente prescindibles, y llegaron a la conclusión de que solamente se necesitan 425 genes para generar un organismo con vida independiente, más de los predichos por Koonin y Mushegian, pero aún así un número de genes ridículamente bajo para un fenómeno que se consideraba intrínsecamente complejo. Con estos números en mente, Venter percibió que era concebible sintetizar químicamente un genoma pequeño y “darle vida”, transplantándolo a una célula huésped. Desde ese entonces, esto es, desde 2006, Venter y su equipo se dedicaron a establecer los protocolos científicos para hacer que este sueño se concretara, lo cual ocurrió cuatro años después. Desde un inicio, a este grupo de científicos le quedó perfectamente claro que había que resolver dos problemas clave que, además, podían solucionarse independientemente uno del otro. El primero era establecer cómo se podría trasplantar un genoma a una célula huésped y lograr que éste sustituyera al original y así “tomara” el control de las funciones celulares. El segundo se centraba en cómo sintetizar químicamente un genoma.

¿Quién es John Craig Venter?

Lo menos que se puede decir del científico estadounidense Craig Venter, nacido en 1946, es que es un personaje controvertido; algunos lo califican de pedante e incluso de mercachifle, otros aseguran que es el científico más influyente del siglo y que su visión está cambiando la forma en la que se hace ciencia. Su perspectiva de la relación entre la ciencia y la industria también es radical y por ello se ha ganado más de un enemigo. Venter, bioquímico de formación, recibió un doctorado en fisiología y farmacología de la Universidad de California, en 1975. Trabajó, inicialmente, en la Universidad Estatal de Nueva York y luego en los Institutos de Salud de los Estados Unidos, donde planteó la importancia de identificar los genes que desempeñan un papel fundamental en la fisiología del cerebro. Con este fin, Venter

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