Otro paso de la biología sintética. La síntesis de un cromosoma de levadura

Por Nicolás Jouve, Catedrático de Genética, miembro de CíViCa

El 27 de Marzo la revista Science publicaba un nuevo avance en la llamada Biología Sintética. La síntesis de un cromosoma de un organismo eucariota. La historia tiene su precedente en la síntesis del cromosoma de la bacteria Mycoplasma capricolum, por el equipo de investigación del Dr, Craig Venter en el Craig Venter Institute (JCVI) [1], del que dimos cuenta en un anterior artículo:

Producción en laboratorio de una bacteria con un genoma sintetizado artificialmente

El nuevo trabajo, publicado nuevamente en Science [2], tiene el mérito especial de haberse desarrollado en un organismo que está un escalón por encima de la complejidad biológica de la bacteria. Lo que se ha hecho es “recrear”,"imitar" o "copiar" la secuencia del ADN de un cromosoma completo de la levadura Saccharomyces cerevisiae, cuyo genoma completo ya se había secuenciado hace 17 años. Al comparar ambos trabajos encontramos tres importantes diferencias de lo ahora hecho con relación al trabajo en el Mycoplasma:

• La levadura, aun siendo unicelular como la bacteria, es un organismo mucho más complejo al tratarse de un eucariota, es decir, un organismo que encierra su ADN en un espacio intercelular, el núcleo, que lo aísla del resto de la célula.
• La segunda diferencia es el tamaño del genoma, que aun siendo el más pequeño genoma de eucariota conocido, es del orden de 12 veces mayor que el genoma de Mycoplasma, y también codifica para un número proporcionalmente mayor de genes.
• Una tercera diferencia es que los 12 millones de pares de bases nucleotídicas del genoma de la levadura están repartido en 16 piezas, los 16 cromosomas.

Lo que han hecho unos investigadores de la Universidad de New York, liderados por el Dr. Jef Boeke (fotografía superior) del Centro Médico Langone y Srinivasan Chandrasegaran, de la Facultad de Medicina John Hopkins de Bloomberg es la síntesis en el laboratorio de una copia del ADN de uno de los 16 cromosomas de la levadura, el cromosoma III.

Al igual que en el caso del Mycoplasma, los investigadores han utilizado unos poderosos sintetizadores que han permitido ensamblar base a base el ADN bajo la dirección de medios bioinformáticos. La imitación de la secuencia del ADN del cromosoma III no ha sido exacta al haberse introducido diversas modificaciones, cambiando unos 50.000 pares de bases nucleotídicas de las 317.000 del cromosoma. Además se han eliminado las regiones que contienen los llamados “genes saltarines”, unas secuencias móviles de ADN que se suponen genéticamente dispensables. De este modo lo que se ha hecho es ensamblar artificialmente un cromosoma, al que se ha llamado  synIII, con un total de 272.871 de pares de bases nucleotídicas. Lo siguiente que hicieron fue introducir el cromosoma sintético en células vivas de levadura y comprobar que las células receptoras eran capaces de crecer en diferentes medios de cultivo y con diferentes nutrientes, como finalmente se probó sin que se apreciasen diferencias en el crecimiento de estas levaduras con relación a  las no manipuladas.

Lo sintetizado hasta el momento representa tan solo el 2,5 por ciento del genoma de la levadura y lo que pretenden los investigadores es seguir hasta sinterizar los 15 cromosomas restantes, completando así la sintesis del genoma de la levadura.

George Church, un controvertido investigador de la Universidad de Harvard implicado en el mundo de la biología sintética, y que el año pasado nos sorprendió con su idea de rescatar al Neanderthal [enlace], ha afirmado del trabajo de Boeke y Chandrasegaran que: «se trata de un importante ejemplo de “genómica sintética”  que va más allá de hacer copias de los cromosomas y que tratará de lograr importantes cambios funcionales, pero, los impactos — buenos y malos — normalmente no llegarán a ser importantes hasta que estas estrategias se apliquen en todo el genoma».

Al igual que en el trabajo de Venter con bacterias, la finalidad perseguida con este paso adelante de la “biología sintética” en levaduras es el estudio de aspectos básicos de la evolución y funcionamiento del genoma, en este caso de un microorganismo más complejo, y también para su utilización con fines biotecnológicos. Las nuevas levaduras permitirán conocer el número mínimo de genes necesarios para el funcionamiento de una célula eucariótica

Pero además, lo que se piensa es modificar genéticamente estos microorganismos, mediante la sustitución de algunos de los genes propios por otros procedentes de otros organismos, incluso de procedencia humana, con fines farmacológicos, industriales o comerciales, De este modo se podrían obtener cepas de levadura capaces de producir vacunas, antibióticos, biocombustibles, o para usos en defensa del medio ambiente, biodegradación, etc.

Desde una perspectiva bioética no hay que temer las consecuencias de este tipo de investigaciones, salvo en lo que pudieran ser desviaciones de su uso hacia derroteros contrarios a la salud, como por ejemplo a la obtención a la carta de microorganismos patógenos, que pudieran ser utilizados como armas biológicas, o con fines terroristas. Los avances de la biología sintética no son peligrosos en sí mismos, siempre que se haga un uso racional de la información obtenida y se contribuya a mejorar la calidad de vida de las personas o a la conservación de la naturaleza

En este campo, como en todas las investigaciones de riesgo, se deben mantener todas las precauciones y seguir el llamado grito de Asilomar «no todo lo técnicamente posible es éticamente aceptable».  

Ante la potencial amenaza que suponen estas investigaciones, el propio Craig Venter y la mayoría de los investigadores implicados están de acuerdo en que las actuales leyes parecen insuficientes y que debe imponerse una estricta regulación legal, para evitar que se sinteticen organismos nocivos para el medio ambiente o la humanidad. Se deben establecer todo tipo de controles por comités éticos para la aceptación o prohibición de los proyectos de investigación, o para la dispersión en el medio ambiente de los microorganismos sintéticos obtenidos.

[1] Gigson, D.G., Venter, D.J. y col. (2010) «Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome». Scienceexpress: 20 May 2010 / Page 1 / 10.1126/science.119071

[2] Annaluru,  N. y col., “Total synthesis of a functional designer eukaryotic chromosome,” Science, doi:10.1126/science.1249252, 2014.