Síntesis de vida. Diseñar genomas la siguiente revolución en biología

Por J. Craig Venter (fundador y presidente del J. Craig Venter Institute, una organización multidisciplinar para la investigación genómica constituida en Octubre de 2006, con localizaciones en Rockville, Maryland, y San Diego, California) – Publicado en The Scientist el 8 de Noviembre de 2011(traducido por N. Jouve)

[Comentario previo de Nicolás Jouve (Catedrático de Genética y Miembro de CíViCa):«Lo cierto es que, lejos de crear un ser vivo en el laboratorio, una especie de Frankenstein a escala microbiana, lo que se ha hecho es dar un paso más en la tecnología de la modificación genética, que no se conforma con sustituir un gen por otro, sino de reemplazar el genoma completo. Debemos situar los avances en su justo término y no sobredimensionar el valor de los pequeños pasos para el hombre, aunque sean grandes pasos para la Humanidad» En La Gaceta (8 de junio de 2010): Bacterias de Diseño].

Artículo de Craig Venter:

Hace poco más de un año, mi equipo en el J. Craig Venter Institute anunció la construcción de la primera célula controlada totalmente por un genoma sintético. Después de 8 años de trabajo sobre síntesis de ADN, el ensamblado,  corrección de errores, y nuevas maneras de trasladar al interior celular cromosomas bacterianos, tuvimos éxito en crear una célula que utilizó solamente un cromosoma químicamente sintetizado que codificaba para todos los aspectos del fenotipo celular.

El ADN es como el software de la célula, y nuestros estudios han demostrado que cuando cambiamos el software cambiamos la especie. Dado que se trata  de secuencias de ADN convertidas en mensaje digital, el diseño de genomas sintéticos proporciona un interfaz verdadero entre la computadora y la vida biológica. Aunque el diseño genómico dominará el futuro, hasta ahora el campo se ha limitado a algunos cambios en unos pocos genes como parte de la vía de diseño y a la ingeniería de nuevos circuitos biológicos, tales como osciladores, que se pueden utilizar para construir las máquinas biológicas semisintéticas.

Una limitación importante es el coste -en dinero y tiempo- asociado con la modificación del genoma. Por ejemplo, se necesitó una década de trabajo y más de 100 millones de dólares para que el equipo DuPont hiciera más o menos una docena de modificaciones en el genoma de Escherichia coli, de modo que convirtiera la glucosa en el propanodiol para la síntesis constitutiva de fibras. Recientemente se han desarrollado algunas técnicas que permiten modificar codones en E. coli en el laboratorio de George Church, pero aun con estas técnicas estamos lejos de diseñar genomas y construirlos para realizar actividades metabólicas únicas.

Las herramientas y las técnicas desarrolladas por mi equipo para montar un genoma bacteriano totalmente sintético, son relativamente eficientes (construimos el genoma sintético entero de 1,1 millones de pares de bases de ADN en menos de un mes), y siguen siendo también muy caras (0,30 dolares por cada par de bases) debido al coste actual de la síntesis del oligonucleótidos. Afortunadamente, este trabajo ha ayudado a crear una demanda para la síntesis rápida, exacta, barata de ADN, que ha conducido a algunas novedades que podrían ayudar a reducir estos costes. Sobre los últimos 23 años, el coste de secuenciar ADN ha caído en 8 órdenes de magnitud. Nos aguardan mejoras similares en la síntesis de ADN, apreciablemente cercanas.

Sin embargo, la limitación más grande del diseño de los genomas no es el coste económico, sino la falta de conocimiento biológico básico. El énfasis excesivo tradicional sobre los llamados organismos modelo ha limitado el descubrimiento científico en gran parte a los ratones, de los que hemos aprendido que no son buenos modelos para los seres humanos, como E. coli, no es un buen modelo para la mayoría de las bacterias. La diversidad genética es mayor de lo que nos imaginamos. Es algo parecido a cuando la limitación de conocimiento que hizo que se etiquetara al ADN no codificante como ADN “basura”, muchos creyeron que los genes nuevos descubiertos durante la secuenciación del genoma que ordenaba genes de función desconocida era por tratarse de ADN de escasa significación biológica. Pero el extender la genómica a genomas completos de formas de vida de ambientes muy diversos, nos ha enseñado que los genes desconocidos están altamente conservados y son altamente abundantes. Nuestras tentativas de generar genomas mínimos anulano su función por medio de knockout génico en las células más simples demuestran que hasta el 20 por ciento de los genes esenciales para la vida son de función desconocida.

Estas limitaciones significan que para el futuro inmediato, la modificación del genoma y la creación de una nueva especie será sobre todo empírica. Estamos trabajando en ADN y en la automatización de la síntesis de genomas capaces de construir miles a millones de genomas por día. Tal síntesis rápida permitirá lo que llamamos secuencias de síntesis de genomas combinatorial mediante la manipulación génica y el orden de los genes, lo que permitirá producir una variedad grande de genomas. Con el uso de pantallas bien diseñadas, se podrá seleccionar rápidamente nuevas células con características biológicas deseadas.

Artículos previos sobre la Síntesis de genomas artificiales en CíViCa:

Producción en laboratorio de una bacteria con un genoma sintetizado artificialmente – 25/Ago/2010

Declaraciones de los investigadores productores de la "bacteria artificial" – 30/Ago/2010 

La prestigiosa revista Nature entrevista a ocho expertos sobre el significado de la síntesis de una célula artificial – 30/Ago/2010

Hacia una célula sintética – 25/Ago/2010

Bacterias de diseño – 8//Jun/2010