Los científicos se han preguntado durante mucho tiempo: ¿pueden crear una forma de vida sintética en toda regla? El biólogo Anthony José introdujo el concepto de código celular, cuyo conocimiento es necesario para obtener un organismo artificial.
En la actualidad, los investigadores apenas han comenzado a producir formas de vida artificiales reensamblando los genomas de microorganismos unicelulares. En particular, en marzo del año pasado apareció un artículo en una de las publicaciones especializadas en el que los científicos describían el proceso de creación de una bacteria micoplasma con el mínimo número posible de genes. Para obtener el resultado deseado, los científicos insertaron alternativamente fragmentos del genoma alterado, que era casi la mitad del tamaño del original, en la célula receptora con el ADN destruido.
Este año, investigadores estadounidenses de la Universidad Johns Hopkins lograron obtener levadura con cromosomas artificiales, de los que se eliminaron genes inútiles y defectuosos. Además, los científicos lograron descifrar el código genético cambiando los tripletes de las proteínas TAG por TAA. Debido a esto, los organismos se deshicieron del fragmento extra que servía a los codones TAG.
Mientras que algunos investigadores están tratando de crear organismos unicelulares libres de desechos genéticos, al mismo tiempo, otros científicos están tratando de hacer cambios en la forma en que las proteínas son codificadas por una secuencia de ADN. Por el momento, el progreso en esta dirección es más que modesto. Lo poco que se ha hecho es diversificar el alfabeto del ADN. Se agregaron varias letras a las cuatro letras de nucleótidos ya existentes. Uno de los artículos científicos describe cómo un grupo internacional de investigadores logró insertar nucleótidos artificiales Y, X en el genoma de E. coli. A pesar de que antes se había hecho algo similar, los investigadores lograron asegurarse de que la bacteria retuviera una parte sintética en su ADN, pero mientras se desarrolla con éxito.
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Sin embargo, este es solo el primer paso hacia un organismo artificial en toda regla. En el siguiente paso, los científicos intentan forzar a los nucleótidos artificiales a codificar los aminoácidos. En E. coli, las proteínas sintéticas Y, X se colocaron en una parte segura del genoma, fuera de las secuencias codificantes de genes. De lo contrario, los nuevos péptidos simplemente interrumpirían el proceso de síntesis de proteínas. La célula simplemente no sabría de qué aminoácido es responsable este o aquel codón (YGC o ATX). Los biólogos aún tienen que crear un nuevo ARN de transporte que sea capaz de reconocer tales tripletes e insertar un determinado aminoácido en la secuencia de péptidos en crecimiento.
Pero incluso en tales condiciones, tal organismo difícilmente puede llamarse artificial. Al mismo tiempo, los científicos comprenden cuáles serán sus próximas acciones. Un organismo sintético recibirá no solo nuevos nucleótidos, sino también nuevos aminoácidos, que o no ocurren en absoluto o son extremadamente raros dentro de la célula. Los científicos saben muy bien que todos los tripletes de nucleótidos están codificados por solo veinte aminoácidos estándar. Algunos otros aminoácidos, incluida la selenocisteína, se pueden incorporar a la proteína en determinadas condiciones. Gracias a las letras adicionales del código genético, será posible enriquecer la proteína y formar codones que corresponderán a los nuevos aminoácidos.
A pesar de que la biología sintética ha logrado cierto éxito, los investigadores aún no saben exactamente qué información es importante para obtener un organismo con las características dadas. La secuencia de ADN es solo un punto de partida. Todas las células de una planta o animal contienen el mismo genoma, pero en el transcurso del desarrollo de los organismos, las células se delimitan, es decir, realizan diferentes funciones. En este proceso, la regulación secundaria (llamada epigenética) juega un papel importante, durante el cual ciertos genes son desactivados o activados por compuestos. En última instancia, una célula puede transformarse en fibroblasto y la otra en neurona.
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Anthony José, biólogo de la Universidad de Maryland, está estudiando cómo la información no genética define a un organismo. El investigador propuso el concepto de código celular, que se encierra en moléculas biológicas ubicadas en un espacio tridimensional. Estas moléculas son necesarias para recrear el resto del organismo. Para almacenar esta información no se necesitan todas las células de un organismo complejo, basta con varias o incluso una. Para los organismos que se reproducen sexualmente, ese depósito es el cigoto (esta es una célula que se forma después de que un espermatozoide fertiliza un gameto femenino).
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Según el investigador, para descifrar el código celular es necesario estudiar todo el ciclo de reconstrucción del organismo. En otras palabras, es necesario considerar el desarrollo de un organismo vivo y su reproducción como un solo proceso. Para comprender completamente cómo funciona esto, no es suficiente descifrar el ADN.
Durante la formación de un cigoto, la formación de un nuevo organismo está influenciada no solo por el ADN obtenido del ovocito y el esperma, sino también por el citoplasma del gameto. Las sustancias que se acumulan durante la maduración de los gametos (ARNm, proteínas, factores de transcripción) pueden causar el efecto materno. Están presentes en las primeras etapas del desarrollo del embrión e incluso son capaces de matarlo (esto es típico de los escarabajos de mayo). La estructura espacial de estas sustancias también juega un papel determinado. En particular, forman los ejes corporales en los insectos y determinan el rizado de las conchas en los moluscos.
El científico propondrá el siguiente esquema: una célula que tiene macromoléculas biológicas y otros compuestos, en proceso de interactuar con nutrientes, moléculas de señalización y temperatura (es decir, factores externos), pasa a otro estado, lo que, a su vez, afecta al medio. De manera similar, todo el sistema pasa por una cierta cantidad de ciclos, mientras acumula nuevas sustancias. La nueva etapa depende de la anterior, por lo que se puede predecir.
A José le preocupa que los biólogos aún no conozcan el código celular completo del organismo más simple, pero ellos, trabajando con el ADN, ya se han propuesto crear una forma de vida semi-artificial. Según el investigador, este tipo de manipulaciones con material genético se asemejan a la sustitución de piezas en algún mecanismo, por lo que pueden ser muy riesgosas desde el punto de vista ético.
Para descifrar el código celular, el biólogo propone comparar las características internas de los cigotos en una serie de generaciones de los microorganismos más simples, por ejemplo, las algas unicelulares. Para estos fines, también pueden ser adecuadas bacterias semi-artificiales con un genoma mínimo. Al estudiar el efecto paterno o materno, será posible establecer factores externos significativos. Y el estudio de la disposición espacial de moléculas importantes se puede realizar mediante análisis bioquímicos y moleculares sistemáticos utilizando moléculas fluorescentes.
