Científicos versionan un cromosoma de la levadura que, implantado en células, hace que estas se comporten de manera "natural”, aunque con nuevas funciones
En 2010, el biólogo Craig Venter conseguía sintetizar en laboratorio todo el genoma de una bacteria y colocarlo en otra célula, que resultó funcional. Fue el primer paso hacia la “vida sintética”, que según él podría resolver los problemas del planeta. Ahora, otro equipo de investigadores ha alcanzado un nuevo hito en esa misma dirección, con la síntesis de uno de los cromosomas de un organismo complejo, la levadura. El cromosoma sintético fue integrado en una célula de levadura viva que se comportó de manera casi idéntica a las células de levaduras naturales, aunque con nuevas funciones. Poder equipar con cromosomas sintéticos la levadura serviría para crear versiones mejoradas de importantes materias primas o para producir nuevos antibióticos o biocombustibles respetuosos con el medio ambiente, entre otras aplicaciones. Por Yaiza Martínez.
Craig Venter, el biólogo que montó una empresa para crear su propio Proyecto Genoma Humano, y que logró la primera secuenciación completa del material genético de un ser vivo, anunciaba en 2010 que había conseguido por vez primera crear “vida sintética”.
Lo que hizo en realidad fue lo siguiente: él y su equipo sintetizaron todo el genoma de una bacteria llamada Mycoplasma mycoides y lo ensamblaron después en otra célula, de Mycoplasma capricolum, a la que se había sustraído su propio genoma.
El resultado fue una célula sintética funcional, la Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0; una capricolum sintética capaz de autorreplicarse como una mycoides natural.
Este hito demostró que el genoma -o conjunto de genes contenidos en los cromosomas- se puede diseñar en el ordenador, químicamente en el laboratorio, e incluso ser trasplantado a una célula receptora para producir un nuevo organismo celular autorreplicante, a partir del genoma sintético.
Tras este importante paso de la llamada biología sintética (disciplina que trabaja en la síntesis de biomoléculas y en ingeniería de sistemas biológicos con funciones no naturales), en el EuroScience Open Forum (ESOF) celebrado en Dublín en 2012, Venter aseguró que la vida totalmente sintética se lograría muy pronto.
Un nuevo avance
En esta dirección se ha producido ahora un nuevo avance. Un equipo de investigadores liderados por Jef Boeke, director del NYU Langone Medical Center de Estados Unidos, ha conseguido sintetizar un cromosoma eucariota, esto es, un cromosoma completo y funcional de un organismo superior: la levadura.
En 1996, los científicos lograron trazar el mapa genético completo de la levadura, un organismo unicelular que se usa para producir cerveza, biocombustible y medicinas. Por otra parte, desde hace unos años, los científicos han sido capaces de armar sencillos genomas procariotas, por ejemplo, los de las bacterias del trabajo de Venter antes mencionados.
Sin embargo, armar un genoma eucariota –más complejo y con el ADN dentro del núcleo–, como el de la levadura, no se había conseguido nunca. “Hemos creado una versión modificada de una secuencia de cromosoma natural. Se trata de una versión sintética de la versión nativa”, explica a Sinc Boeke.
Dicha versión, bautizada como synIII, está basada en los 316.617 pares de bases de nucleótidos del cromosoma III de la Saccharomyces cerevisiae, más conocida como “levadura de cerveza”, informan los científicos en Science. SynIII tiene en total 272.871 pares de bases.
Lo que hizo en realidad fue lo siguiente: él y su equipo sintetizaron todo el genoma de una bacteria llamada Mycoplasma mycoides y lo ensamblaron después en otra célula, de Mycoplasma capricolum, a la que se había sustraído su propio genoma.
El resultado fue una célula sintética funcional, la Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0; una capricolum sintética capaz de autorreplicarse como una mycoides natural.
Este hito demostró que el genoma -o conjunto de genes contenidos en los cromosomas- se puede diseñar en el ordenador, químicamente en el laboratorio, e incluso ser trasplantado a una célula receptora para producir un nuevo organismo celular autorreplicante, a partir del genoma sintético.
Tras este importante paso de la llamada biología sintética (disciplina que trabaja en la síntesis de biomoléculas y en ingeniería de sistemas biológicos con funciones no naturales), en el EuroScience Open Forum (ESOF) celebrado en Dublín en 2012, Venter aseguró que la vida totalmente sintética se lograría muy pronto.
Un nuevo avance
En esta dirección se ha producido ahora un nuevo avance. Un equipo de investigadores liderados por Jef Boeke, director del NYU Langone Medical Center de Estados Unidos, ha conseguido sintetizar un cromosoma eucariota, esto es, un cromosoma completo y funcional de un organismo superior: la levadura.
En 1996, los científicos lograron trazar el mapa genético completo de la levadura, un organismo unicelular que se usa para producir cerveza, biocombustible y medicinas. Por otra parte, desde hace unos años, los científicos han sido capaces de armar sencillos genomas procariotas, por ejemplo, los de las bacterias del trabajo de Venter antes mencionados.
Sin embargo, armar un genoma eucariota –más complejo y con el ADN dentro del núcleo–, como el de la levadura, no se había conseguido nunca. “Hemos creado una versión modificada de una secuencia de cromosoma natural. Se trata de una versión sintética de la versión nativa”, explica a Sinc Boeke.
Dicha versión, bautizada como synIII, está basada en los 316.617 pares de bases de nucleótidos del cromosoma III de la Saccharomyces cerevisiae, más conocida como “levadura de cerveza”, informan los científicos en Science. SynIII tiene en total 272.871 pares de bases.
Jef Boeke en el laboratorio. Imagen: NYU Langone Medical Center. Fuente: Sinc.
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Funciona de manera natural
En este caso, al contrario que en el del genoma de la Mycoplasma mycoides, la síntesis genómica no ha sido completa, pues Boeke y su equipo sólo lograron sintetizar uno de los 16 cromosomas de la levadura. Sin embargo, esto ya supone un paso crucial hacia la construcción de un genoma eucariota sintético entero.
A partir de ahora, los científicos trabajarán para intentar sintetizar los 15 cromosomas restantes de la levadura. El genoma total de la levadura de cerveza eucariota comprende 12 millones denucleótidos, o letras genéticas, hilvanadas en un orden particular.
Los investigadores se centraron concretamente en el cromosoma III de la levadura, que comprende más del 2,5% de estos nucleótidos. Para ello, usaron un software que les permitió hacer pequeños cambios en dicho cromosoma.
Posteriormente, construyeron una nueva versión del cromosoma, hilvanando nucleótidos individuales –bloques de construcción químicos de los genes–. Luego colocaron estos cromosomas manipulados en células vivas de levadura y comprobaron la habilidad de las células alteradas para crecer en diversos nutrientes y en condiciones distintas. En cada caso, la versión equipada con un cromosoma sintético funcionó de manera indistinguible de la levadura nativa, de nuevo según Sinc.
"Este trabajo representa el paso más importante para construir el genoma completo de una levadura sintética", asegura Boeke. “Pero el hito que realmente cuenta –añade– es la integración en una célula de levadura viva. Hemos demostrado que las células de levadura que llevan este cromosoma sintético se comportan de manera casi idéntica a las células de levaduras naturales. Tan solo que estas poseen nuevas funciones”.
"Cuando se modifica el genoma, un cambio incorrecto puede causar la muerte de la célula. Hemos hecho más de 50.000 cambios en el código de ADN en el cromosoma y nuestra levadura aún vive. Esto es notable y demuestra que nuestra cromosoma sintético es resistente, y que dota a la levadura con nuevas propiedades", subraya Boeke.
La vida es un sistema regido por un software
Craig Venter ha llegado a afirmar que “la vida es un sistema regido por un software, que es el genoma”; y que la vida sintética podría ser la solución a los problemas del planeta, puesto que servirá para crear sistemas de generación de energía, depuración de aguas y creación de alimentos.
Los rápidos avances en las técnicas de síntesis de ADN son los que están haciendo posible dar importantes pasos en esa dirección. Además de los ya explicados, en 2011, investigadores de la Universidad de Princeton (Estados Unidos) “fabricaron” secuencias de ADN -diseñadas en laboratorio y distintas de cualquier otra secuencia encontrada en la naturaleza- capaces de “rescatar” a algunas células, mediante la producción proteínas que sostienen la vida, de la misma manera que las produce la naturaleza.
Estas secuencias de ADN sustitutas no fueron aleatorias, sino que se diseñaron intencionadamente para su inserción en células que habían perdido genes necesarios para la supervivencia celular, en entornos poco favorables.
De momento, la posibilidad de equipar con un conjunto completo de cromosomas sintéticos y cambiables la levadura abre un mundo de potenciales aplicaciones. Por un lado, algún día, se podrían crear versiones mejoradas de importantes materias primas, para producir nuevos antibióticos o biocombustibles respetuosos con el medio ambiente.
El avance abriría también la puerta al desarrollo de microorganismos “a la carta”, que podrían ser útiles en otros campos, como la restauración de zonas dañadas por vertidos de petróleo.
En este caso, al contrario que en el del genoma de la Mycoplasma mycoides, la síntesis genómica no ha sido completa, pues Boeke y su equipo sólo lograron sintetizar uno de los 16 cromosomas de la levadura. Sin embargo, esto ya supone un paso crucial hacia la construcción de un genoma eucariota sintético entero.
A partir de ahora, los científicos trabajarán para intentar sintetizar los 15 cromosomas restantes de la levadura. El genoma total de la levadura de cerveza eucariota comprende 12 millones denucleótidos, o letras genéticas, hilvanadas en un orden particular.
Los investigadores se centraron concretamente en el cromosoma III de la levadura, que comprende más del 2,5% de estos nucleótidos. Para ello, usaron un software que les permitió hacer pequeños cambios en dicho cromosoma.
Posteriormente, construyeron una nueva versión del cromosoma, hilvanando nucleótidos individuales –bloques de construcción químicos de los genes–. Luego colocaron estos cromosomas manipulados en células vivas de levadura y comprobaron la habilidad de las células alteradas para crecer en diversos nutrientes y en condiciones distintas. En cada caso, la versión equipada con un cromosoma sintético funcionó de manera indistinguible de la levadura nativa, de nuevo según Sinc.
"Este trabajo representa el paso más importante para construir el genoma completo de una levadura sintética", asegura Boeke. “Pero el hito que realmente cuenta –añade– es la integración en una célula de levadura viva. Hemos demostrado que las células de levadura que llevan este cromosoma sintético se comportan de manera casi idéntica a las células de levaduras naturales. Tan solo que estas poseen nuevas funciones”.
"Cuando se modifica el genoma, un cambio incorrecto puede causar la muerte de la célula. Hemos hecho más de 50.000 cambios en el código de ADN en el cromosoma y nuestra levadura aún vive. Esto es notable y demuestra que nuestra cromosoma sintético es resistente, y que dota a la levadura con nuevas propiedades", subraya Boeke.
La vida es un sistema regido por un software
Craig Venter ha llegado a afirmar que “la vida es un sistema regido por un software, que es el genoma”; y que la vida sintética podría ser la solución a los problemas del planeta, puesto que servirá para crear sistemas de generación de energía, depuración de aguas y creación de alimentos.
Los rápidos avances en las técnicas de síntesis de ADN son los que están haciendo posible dar importantes pasos en esa dirección. Además de los ya explicados, en 2011, investigadores de la Universidad de Princeton (Estados Unidos) “fabricaron” secuencias de ADN -diseñadas en laboratorio y distintas de cualquier otra secuencia encontrada en la naturaleza- capaces de “rescatar” a algunas células, mediante la producción proteínas que sostienen la vida, de la misma manera que las produce la naturaleza.
Estas secuencias de ADN sustitutas no fueron aleatorias, sino que se diseñaron intencionadamente para su inserción en células que habían perdido genes necesarios para la supervivencia celular, en entornos poco favorables.
De momento, la posibilidad de equipar con un conjunto completo de cromosomas sintéticos y cambiables la levadura abre un mundo de potenciales aplicaciones. Por un lado, algún día, se podrían crear versiones mejoradas de importantes materias primas, para producir nuevos antibióticos o biocombustibles respetuosos con el medio ambiente.
El avance abriría también la puerta al desarrollo de microorganismos “a la carta”, que podrían ser útiles en otros campos, como la restauración de zonas dañadas por vertidos de petróleo.
Referencia bibliográfica:
Narayana Annaluru et al. Total Synthesis of a Functional Designer Eukaryotic Chromosome. Science (2014). DOI: 10.1126/science.1249252.
Narayana Annaluru et al. Total Synthesis of a Functional Designer Eukaryotic Chromosome. Science (2014). DOI: 10.1126/science.1249252.
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