La semana pasada, un grupo de 150 expertos invitados se reunió en Harvard. A puerta cerrada, discutieron las perspectivas de diseñar y construir un genoma humano completo desde cero utilizando solo una computadora, un sintetizador de ADN y materias primas. Luego, se introducirá un genoma artificial en una célula humana viva para reemplazar su ADN natural. La esperanza es que la célula se "reinicie", cambie sus procesos biológicos para que funcionen según las instrucciones proporcionadas por el ADN artificial.
En otras palabras, pronto veremos la primera "célula humana artificial".
Pero el objetivo no es simplemente crear Human 2.0. A través de este proyecto, HGP-Write: Testing Large Synthetic Genomes in Cells, los científicos esperan desarrollar herramientas innovadoras y poderosas que impulsarán la biología sintética hacia un crecimiento exponencial a escala industrial. Si tenemos éxito, no solo adquiriremos herramientas biológicas para diseñar a los humanos como una especie: podremos rehacer el mundo viviente.
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Creación de vida
La biología sintética es esencialmente un matrimonio entre los principios de la ingeniería y la biotecnología. Mientras que la secuenciación del ADN se trata de leer el ADN, la ingeniería genética se trata de editar el ADN y la biología sintética se trata de programar ADN nuevo, independientemente de su fuente original, para crear nuevas formas de vida.
Los biólogos sintéticos ven el ADN y los genes como bloques de construcción biológicos estándar que se pueden usar a su gusto para crear y modificar células vivas.
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Existe el concepto de diseñador en esta área, dice el Dr. Jay Keesling, un pionero de la ingeniería sintética en la Universidad de California, Berkeley. "Cuando su disco duro se agota, puede ir a la tienda de informática más cercana, comprar uno nuevo, reemplazar el viejo", dice. "¿Por qué no usamos partes biológicas de la misma manera?"
Para acelerar el progreso en esta área, Kisling y sus colegas están reuniendo una base de datos de piezas estandarizadas de ADN, llamadas BioBricks ("biobricks"). Se puede utilizar como piezas de un rompecabezas para recolectar material genético nunca antes visto en la naturaleza.
Para Kisling y otros en el campo, la biología sintética es como desarrollar un nuevo lenguaje de programación. Las células son hardware, hardware, mientras que el ADN es software que las hace funcionar. Con suficiente conocimiento de cómo funcionan los genes, los biólogos sintéticos esperan poder escribir programas genéticos desde cero, crear nuevos organismos, cambiar la naturaleza e incluso dirigir la evolución humana en una nueva dirección.
Similar a la ingeniería genética, la biología sintética brinda a los científicos la oportunidad de experimentar con ADN natural. Diferencia de escala: la edición de genes es un proceso de cortar / pegar que agrega nuevos genes o cambia letras en genes existentes. A veces no cambia mucho.
La biología sintética, por otro lado, crea genes desde cero. Esto les da a los científicos más espacio para modificar genes conocidos o incluso crear los suyos propios. Las posibilidades son casi infinitas.
Biomédicos, biocombustibles, biocombustible
La explosión de la biología sintética en los últimos diez años ya ha producido resultados que han cautivado a científicos y corporaciones por igual. En 2003, Keesling publicó uno de los primeros estudios para probar y demostrar el poder de este enfoque. Se centró en una sustancia química llamada artemisinina, un poderoso fármaco antipalúdico extraído del ajenjo dulce (ajenjo).
A pesar de los numerosos intentos de cultivar esta planta, su rendimiento sigue siendo extremadamente bajo.
Kisling se dio cuenta de que la biología sintética ofrecía una forma de evitar por completo el proceso de recolección. Al introducir los genes necesarios en las células bacterianas, razonó, se podrían convertir estas células en máquinas para la producción de artemisinina y proporcionar a su costa una nueva fuente abundante del fármaco.
Esto fue muy difícil de hacer. Los científicos necesitaban construir una vía metabólica completamente nueva en la célula, que le permitiera procesar sustancias químicas que no conocía antes. Mediante ensayo y error, los científicos unieron docenas de genes de múltiples organismos en un paquete de ADN. Al insertar esta bolsa en E. coli, la bacteria E. coli que se usa comúnmente en el laboratorio para fabricar productos químicos, crearon una nueva vía para que las bacterias secreten artemisinina.
Al apretar un poco más las tuercas necesarias, Kisling y su equipo lograron aumentar la producción un millón de veces y reducir diez veces el precio del medicamento.
La artemisinina fue solo el primer paso de un gran programa. Este medicamento es un hidrocarburo que pertenece a una familia de moléculas comúnmente utilizadas para producir biocombustibles. ¿Por qué no aplicar el mismo proceso a la producción de biocombustibles? Al reemplazar los genes que usaban las bacterias para producir artemisinina por genes para producir hidrocarburos biocombustibles, los científicos ya han creado muchos microbios que convierten el azúcar en combustible.
La agricultura es otra industria que puede beneficiarse enormemente de la biología sintética. En teoría, podríamos tomar los genes responsables de la fijación de nitrógeno en las bacterias, ponerlos en las células de nuestro cultivo y revertir por completo su proceso de crecimiento natural. Con la combinación correcta de genes, podríamos cultivar un cultivo con un espectro completo de nutrientes que requiere menos agua, tierra, energía y fertilizantes.
La biología sintética podría aplicarse a la producción de alimentos completamente nuevos, como las fragancias mediante la fermentación de levadura modificada o quesos veganos y otros productos lácteos creados sin la ayuda de animales.
“Necesitamos reducir las emisiones de carbono y contaminantes, usar menos tierra y agua, controlar las plagas y mejorar la fertilidad del suelo”, dijo la Dra. Pamela Ronald, profesora de la Universidad de California en Davis. La biología sintética puede proporcionarnos las herramientas que necesitamos.
Recreando la vida
¡Practica a un lado! Uno de los objetivos finales de la biología sintética es crear un organismo sintético elaborado exclusivamente a partir de ADN especialmente diseñado.
El principal obstáculo ahora es la tecnología. La síntesis de ADN es actualmente muy cara, lenta y propensa a errores. La mayoría de los métodos existentes le permiten hacer una cadena de ADN de 200 letras de largo; los genes normales son diez veces más largos. El genoma humano contiene alrededor de 20.000 genes que producen proteínas. Pero el costo de la síntesis de ADN ha disminuido rápidamente durante la última década.
Según el Dr. Drew Andy, genetista de la Universidad de Stanford, el costo de secuenciar una sola letra se ha reducido de $ 4 en 2003 a 3 centavos en la actualidad. El costo estimado de imprimir las 3 mil millones de letras del genoma humano hoy es de $ 90 millones, pero se espera que baje a $ 100,000 en 20 años si la tendencia sigue siendo la misma.
En los años 90, Craig Venter, conocido por su papel de liderazgo en la secuenciación del genoma humano, comenzó a buscar el conjunto mínimo de genes necesarios para crear vida. Junto con sus colegas del Instituto de Investigación Genómica, Venter eliminó genes de la bacteria Mycoplasma genitalium para identificar aquellos críticos para la vida.
En 2008, Venter juntó estos "genes críticos" y ensambló un nuevo genoma "mínimo" a partir de un caldo de sustancias químicas mediante la síntesis de ADN.
Unos años más tarde, Venter trasplantó un genoma artificial a una segunda bacteria. Los genes echaron raíces y "reiniciaron" la célula, lo que le permitió crecer y reproducirse; fue el primer organismo con un genoma completamente artificial.
De bacterias a humanos
Si la nueva empresa obtiene financiación, replicará los experimentos de Venter utilizando nuestro propio genoma. Dado que el genoma humano es unas 5.000 veces más grande que la bacteria de Venter, es difícil decir cuánto más difícil podría ser esta síntesis.
Incluso si todo lo demás falla, la industria obtendrá una valiosa experiencia. Según el Dr. George Church, genetista principal de la Escuela de Medicina de Harvard, este proyecto puede generar avances tecnológicos que mejorarán nuestra propia capacidad para sintetizar hebras largas de ADN. Church incluso enfatiza que el objetivo principal del proyecto es el desarrollo tecnológico.
Sin embargo, la reunión de científicos provocó mucho escepticismo. Sin embargo, este proyecto puede llevar algún día a la creación de "bebés de diseño" o incluso a seres humanos. Los padres de esas personas pueden ser computadoras. Es fácil imaginar un futuro así, pero da miedo: ¿Qué tan seguro es manipular o crear vida directamente? ¿Quién será el propietario de esta tecnología? ¿Qué hacer con una vida que no ha tenido éxito? ¿No crearía todo esto discriminación y desigualdad?
ILYA KHEL
