Más cerca de la vida artificial: crean células funcionales con más de la mitad de su ADN sintético

El hito, que supone un importante avance hacia la creación de vida artificial, forma parte del Synthetic Yeast Genome Project (Sc2.0), el mayor proyecto jamás realizado en el mundo en el campo de la biología sintética y cuyo objetivo es, precisamente, reconstruir artificialmente el genoma completo de ese organismo. La revista 'Cell Genomics' dedica esta semana una colección de nueve artículos a la cuestión.

La colaboración, Sc2.0, es un proyecto de 15 años en el que participan equipos de numerosos países (Reino Unido, EE. UU., China, Singapur, Reino Unido, Francia y Australia) que trabajan juntos para crear versiones sintéticas de todos los cromosomas de la levadura. Se espera que el próximo año se complete definitivamente el proyecto, el mayor de este tipo realizado hasta ahora.

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«Nuestra motivación -asegura el coautor y biólogo sintético Patrick Yizhi Cai, de la Universidad de Manchester y autor principal de otros dos artículos de la colección- es comprender los primeros principios de los fundamentos del genoma mediante la construcción de genomas sintéticos. Ahora el equipo ha reescrito una parte del sistema operativo de la levadura, lo que abre una nueva era de la ingeniería biológica, pasando de modificar un puñado de genes al diseño y la construcción, desde cero, de genomas completos».

Cuando la colaboración Sc2.0 cumpla finalmente su objetivo, habrá conseguido por vez primera construir íntegramente el genoma sintético de un eucariota, un organismo vivo con núcleo, como lo son las células de animales, plantas y hongos. Los científicos eligieron la levadura para el proyecto porque tiene un genoma relativamente compacto y la capacidad innata de unir ADN, lo que permite a los investigadores construir cromosomas sintéticos e insertarlos en el interior de las células de levadura.

Los seres humanos 'domesticaron' la levadura hace ya miles de años para hornear pan y elaborar cerveza. Y más recientemente, usándola para la producción química y como organismo modelo de cómo funcionan nuestras propias células. Esta larga relación significa que sabemos más sobre la genética de la levadura que sobre la de cualquier otro organismo. Un candidato, pues, ideal para el trabajo de 'Sc2.0'.

En uno de los nueve artículos publicados por 'Cell Genomics', los investigadores explican que incluso han sido capaces de sintetizar un 'neocromosoma' que no existe en la naturaleza y que demuestra que se pueden reubicar genes de manera drástica sin afectar significativamente a su función.

Bajo la dirección de Ben Blount, de la Universidad de Nottingham y Tom Ellis, del Imperial College de Londres, los investigadores tardaron 10 años en construir esa versión sintética y completa del cromosoma XI de la levadura. Una secuencia genética formada por alrededor de 600.000 pares de bases, que son las 'letras' que componen el código del ADN. Después, los investigadores reemplazaron uno de los cromosomas naturales de una célula de levadura por el que habían fabricado y, tras un minucioso proceso de depuración, consiguieron que la célula empezara a crecer y a replicarse con el mismo nivel de aptitud que una célula natural.

Pero este cromosoma sintético no sólo ayudará a los científicos a comprender cómo funcionan los genomas, sino que también tendrá numerosas aplicaciones. Por eso, en lugar de ser una copia perfecta del cromosoma natural, el sintético de Sc2.0 se diseñó incluyendo en él toda una serie de nuevas características que otorgan a las células capacidades totalmente nuevas y que no se encuentran en la naturaleza.

«Decidimos que era importante producir algo que estuviera muy modificado a partir del diseño de la naturaleza -dice el coautor y líder de Sc2.0 Jef Boeke -. Nuestro objetivo era construir una levadura que pueda enseñarnos nueva biología'.

Una de esas nuevas características, por ejemplo, permite a los investigadores obligar a las células a mezclar su contenido genético, creando millones de versiones diferentes de la misma célula, pero con diferentes características. De esta forma es posible seleccionar después individuos con propiedades mejoradas para una amplia gama de aplicaciones en medicina, bioenergía y biotecnología. El proceso es, en realidad, una forma de evolución sobrealimentada.

En su artículo, los investigadores también explican que su flamante cromosoma sintético puede usarse también como un nuevo sistema para estudiar el llamado 'ADN circular extracromosómico' (eccDNA), círculos de ADN que se han «salido» del genoma, flotan libremente y que y se reconocen cada vez más como factores del envejecimiento y como causa del crecimiento maligno y de la resistencia a los fármacos quimioterapéuticos en muchos cánceres, incluidos distintos tipos de tumores cerebrales.

Según Blount, «los cromosomas sintéticos son logros técnicos enormes por derecho propio, pero también abrirán una extensa gama de nuevas capacidades sobre la forma en que estudiamos y aplicamos la biología. Esto podría ir desde la creación de nuevas cepas microbianas para una bio producción más ecológica hasta ayudarnos a comprender y combatir las enfermedades. El proyecto del genoma de la levadura sintética es un ejemplo fantástico de ciencia a gran escala que ha sido logrado por un gran grupo de investigadores de todo el mundo. Ha sido una gran experiencia ser parte de un esfuerzo tan monumental, donde todos los involucrados han trabajado para alcanzar un mismo objetivo compartido».

Tom Ellis, por su parte, afirma que «al construir un cromosoma rediseñado telómero a telómero y demostrar que puede reemplazar perfectamente a un cromosoma natural, el trabajo de nuestro equipo establece las bases para diseñar y fabricar cromosomas sintéticos e incluso genomas para organismos complejos como plantas y animales.»

Todo un primer paso hacia la creación, dentro de unos años, de las primeras formas de vida artificial.