Un paso más en la vida artificial: primer genoma bacteriano reescrito con una computadora

Hace tres años el padre del genoma Craig Venter dió un primer paso en la creación de vida artificial. Ahora dos hermanos de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich dan un paso más y confeccionaron el primer genoma bacteriano partiendo de un algoritmo.

El genoma de Caulobacter ethensis-2.0 creado artificialmente y almacenado en un micro tubo de laboratorio. ETH Zurich / Jonathan Venetz

A los funcionarios del Centro Nacional de Información Biotecnológica de los Estados Unidos, lo más parecido a una biblioteca sobre la vida en nuestro planeta con millones de datos genéticos recopilados desde que estalló la revolución de la biología molecular, les correspondió esta semana el honor histórico de registrar un nuevo y curioso integrante de sus bases de datos: Caulobacter ethensis-2.0. Nada más y nada menos que el primer genoma de un organismo vivo completamente generado por computadora.

El genoma existe físicamente. Es decir, los investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich responsables del avance científico convirtieron la información generada por la computadora en una estructura de ADN real. Lo que se encargaron de aclarar a diestra y siniestra, para no despertar temores apocalípticos en la población, es que esto no significa que exista un “organismo” vivo generado a partir de ese ADN. El artículo fue publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

Como lo explicó Fabio Bergamin, en un reportaje publicado por la propia universidad, C. ethensis-2.0 fue generado a partir de un modelo de genoma correspondiente a una bacteria de agua dulce bien estudiada e inofensiva: Caulobacter crescentus. Esta bacteria se encuentra fácilmente en el agua de manantiales, ríos y lagos de todo el mundo. Por no causar ninguna enfermedad conocida resultó un candidato ideal para los ingenieros genéticos. (Imagen de la bacteria Caulobacter crescentus cuyo ADN sirvió de modelo). 

El genoma de esta bacteria contiene cerca de 4.000 genes que se redujeron a 680 en el modelo creado por computadora. Ya en 2016, el famoso e irreverente Craig Venter, uno de los padres del genoma humano y obsesionado con crear “vida artificial” había dado los primeros pasos en este camino. Ese año publicó un artículo en la revista Science titulado “Diseño y síntesis de un genoma bacteriano mínimo” en el que junto a otros 21 investigadores plantearon que el “mínimo común denominador” de la vida podía reducirse a 473 genes. Esto lo lograron luego de recortar y editar del genoma de una bacteria todas las secuencias que consideraron innecesarias o con funciones secundarias no vitales.  Para el grupo de Zurich, ese mínimo común denominador resultó un poco más alto: 680  genes. (Lea: El mínimo común de la vida).

Hasta ahora los esfuerzos por reescrbir todo el genoma de un organismo se han centrado en genomas virales, y algunos en genomas microbianos de Escherichia coli, Salmonella y S. cerevisiae.

Beat Christen, profesor de biología de sistemas experimentales en la Escuela Politécnica Federal de Zúrichh, y su hermano, Matthias Christen, químico de la misma institución, tomaron el genoma mínimo de C. crescentus y mediante un algoritmo identificaron y evadieron luego las partes del genoma de la bacteria que se repetían y producían redundancia.  "A través de nuestro algoritmo, hemos reescrito completamente nuestro genoma en una nueva secuencia de letras de ADN que ya no se parece a la secuencia original. Sin embargo, la función biológica en el nivel de proteínas sigue siendo la misma", comentó Beat Christen a Bergamin. (Imagen: Beat Christen, uno de los investigadores). 

Una vez reducido a su mínima expresión el genoma, sintetizaron 236 segmentosy posteriormente los juntaron.  En el camino los científicos sembraron  pequeñas modificaciones en ese genoma mínimo: más de una sexta parte de todas las 800,000 letras de ADN en el genoma artificial. "La síntesis de estos segmentos no siempre es fácil. Las moléculas de ADN no solo poseen la capacidad de adherirse a otras moléculas de ADN, sino que, dependiendo de la secuencia, también pueden retorcerse en bucles y nudos, lo que puede dificultar el proceso de producción o hacer que la fabricación sea imposible", explicó Matthias Christen.

Mientras a Venter el experimento inicial se rumora que le costó cerca de  US$ 40 millones, al grupo de Zurich apenas le tocó invertir alrededor de US $120.000. Además del ahorro también se propusieron buscar un método más efectivo y ágil combinando sistemas informáticos y algoritmos.

Para demostrar que su experimento tenía sentido, probaron individualmente pequeños fragmentos de la secuencia generada por computador en bacterias reales. No todos resultaron operativos. El reporte señala que alrededor de 432 genes creados artificialmente resultaron funcionales.

"Aunque la versión actual del genoma aún no es perfecta, nuestro trabajo muestra que los sistemas biológicos se construyen de una manera tan simple que en el futuro podremos elaborar las especificaciones de diseño en la computadora de acuerdo con nuestros objetivos y luego construirlos ", aseguró Matthias Christen. 

Beat Christen se encargó de aclarar por qué su descubrimiento llevó la idea de vida artificial más lejos que el de Craig Venter: "Lo que llevó diez años con el enfoque de Craig Venter, nuestro pequeño grupo logró con nuestra nueva tecnología en el plazo de un año con costos de fabricación de 120,000 dólares".

Las aplicaciones de esta tecnología serían enormes. Se abriría, por ejemplo, una nueva era en la fabricación de medicamentos. Actualmente ya se utiliza la ingeniería genética para producir algunos medicamentos como los biológicos. Pero diseñar por computador microorganismos más específicos a las necesidades humanas significaría una gran revolución. En el campo de las ciencias ambientales, por ejemplo, en la lucha contra la contaminación sucedería algo igual. ¿Bacterias capaces de descomponer diferentes materiales contaminantes? El sueño de muchos.

"Por muy prometedores que sean los resultados de la investigación y las posibles aplicaciones, exigen una discusión profunda en la sociedad sobre los propósitos para los cuales se puede utilizar esta tecnología y, al mismo tiempo, sobre cómo se pueden prevenir los abusos", dijo Beat Christen en el reportaje.

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Redacción Vivir

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Un paso más en la vida artificial: primer genoma bacteriano reescrito con una computadora

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