12 febrero 2008

¿Cerca de crear vida artificial?

Hace unas semanas fueron varios los titulares y reseñas en los diarios similares a esta:

Investigadores estadounidenses del Instituto Venter han creado el primer genoma sintético de una bacteria, penúltima etapa considerada crucial para la creación de un organismo vivo artificial, según un estudio publicado en el último número de la revista ‘Science’. Se trata de la mayor estructura de ADN -estructura base de la vida- jamás fabricada por el hombre.

Sin ser experto en genética (en nada, ahora que lo pienso) creo que merece la pena llamar la atención sobre algunos detalles (no técnicos, que a eso no llego) del trabajo que reducen un poco sus pretensiones de revolución científica. Luego, como sé que hay genetistas que se dejan caer de vez en cuando por aquí, que me corrijan en lo que haga falta.

Lo primero es dar la referencia correcta del trabajo:

Daniel G. Gibson, Gwynedd A. Benders, Cynthia Andrews-Pfannkoch, Evgeniya A. Denisova, Holly Baden-Tillson, Jayshree Zaveri, Timothy B. Stockwell, Anushka Brownley, David W. Thomas, Mikkel A. Algire, Chuck Merryman, Lei Young, Vladimir N. Noskov, John I. Glass, J. Craig Venter, Clyde A. Hutchison, III, and Hamilton O. Smith

Complete Chemical Synthesis, Assembly, and Cloning of a Mycoplasma genitalium Genome

Science Express, 24 january 2008.

Es decir, Craig Venter, el biólogo más mediático después de Ana Obregón (no se pierdan esto: miren con precaución hacia la derecha de la página, bajo la O), aparece en todos los medios como protagonista cuando en realidad es el antepenúltimo autor de un total de 17, lugar que suele reservarse a los gestores que no intervienen directamente en la investigación. No es que esto tenga especial importancia pero muestra como se usan los nombres famosos como anzuelo. Es como si la noticia ganara espectacularidad sacando a Craig Venter en sustitución de un "desconocido" Daniel Gibson, primer firmante. Todos los investigadores son del J. Craig Venter Institute una institución creada en octubre de 2006 de la que Venter es presidente.

Un rápido repaso

Recordemos el ADN está formado por una larga cadena de nucleótidos cuya secuencia codifica instrucciones. Los nucleótidos tienen siempre la misma estructura: un grupo fostato y un azúcar (desoxirribosa) junto a una de las cuatro bases siguientes: adenina (A), timina (T), guanina (G) o citosina (C).

Las bases forman secuencias (por ejemplo, AATGCCTGGCA) que representan instrucciones para la célula: un gen es una secuencia de bases que contiene instrucciones para construir una proteína. La cantidad de bases necesarias para formar un gen es muy variable y en nuestra especie está entre unas mil y un millón. Se estima que en nuestro genoma existen unos 20000-25000 genes y un total de 3 mil millones de bases.

En nuestro caso, el ADN está dividido entre 23 pares de cromosomas, estructuras formadas por el propio ADN superenrollado sobre unas proteínas llamadas histonas. Aunque el dato sea tan rutinario que ya no nos sorprenda hay que destacar que cada una de nuestras células contiene nuestro genoma completo y que el ADN de una célula completamente desenrollado mediría más de 1 m.

La información contenida en el ADN es "leida" por un conjunto de enzimas llamadas ARN polimerasas que la transcriben a una molécula de estructura similar llamada ARN mensajero (mRNA en guiri). Finalmente, el "mensaje" transportado por el mRNA es utilizado por la maquinaria celular para ensamblar aminoácidos (los componentes básicos de las proteínas) en un orden preciso, construyendo así la proteína codificada en el gen original.

El trabajo de Gibson y colegas

¿Que han hecho Gibson y colegas? Según la mayoría de las noticias, "crear un cromosoma artificial". A lo cual se añaden subtítulos como "La posibilidad de crear una vida partiendo de elementos inertes está un paso más cerca".

Daría la impresión, visto lo que he comentado antes, de que han ensamblado nucleótidos hasta formar un cromosoma de nueva factura que contendría la información necesaria para que un nuevo ser vivo, antes inexistente, se formara siguiendo las instrucciones contenidas en ese ADN.

Bueno, pues no. Lo que ha hecho el equipo de Gibson es ensamblar, aparentemente sin errores, una secuencia de 582970 bases que es una réplica de parte del genoma de Mycoplasma genitalium. Esta pequeña bacteria contiene un único cromosoma circular que ostenta (o casi) el record de genoma mínimo entre los organismos autónomos (eliminando virus y parásitos obligados). La diferencia entre el genoma original y el generado es la eliminación de un gen concreto lo que evita la patogenicidad de la bacteria.

Los nucleótidos son de origen sintético, es decir, sintetizados por medios químicos externos a células vivas.

El proceso comenzó secuenciando el ADN de M. genitalium, para obtener la secuencia correcta de bases. A partir de aquí se sintetizaron 101 secuencias de 5000 a 7000 bases (5-7 kb). El logro mayor del trabajo fue conseguir la unión de estos fragmentos en otros progresivamente mayores: 24 kb, 72 kb y 144 kb (1/4 del genoma).

Los fragmentos unidos (recombinados) en ambiente extracelular (in vitro) pero clonados para aumentar su cantidad en el interior de la bacteria Escherichia coli. Fueron luego secuenciados y conservados sólo los que estaban "bien formados", con la secuencia correcta de acuerdo con el paso primero del proceso. El último paso, de ensamblaje de los fragmentos de 1/4 de genoma, tuvo que realizarse in vivo dentro del hongo Saccharomyces cerevisiae. Los clones completos fueron secuenciados y se localizaron con la secuencia correcta, sin errores.

La recombinación "in vitro" se mostró más inestable según crecían los fragmentos. El uso de Saccharomyces para la última etapa de recombinación (in vivo, por tanto) se hizo necesaria ante el fracaso de la técnicas previas.

En resumen

Se ha conseguido hacer una copia del genoma natural de Mycoplasma genitalium partiendo de nucleótidos sintéticos, no un genoma original. La copia se realiza por recombinación in vitro de fragmentos progresivamente más largos. Los fragmentos son clonados aprovechando la maquinaria celular de seres vivos. La última etapa tuvo que hacerse in vivo por la labilidad de los "cuartos" de genoma de 144 kb. La viabilidad del cromosoma "sintético" no ha podido demostrarse.

¿Qué sería realmente "vida artificial"?

Si no he cometido errores graves en la lectura del trabajo y en esta exposición (ruego tolerancia por parte de los especialistas, que yo hace mucho que no leo nada de genética), los logros del equipo de Gibson son importantes al haber logrado ensamblar un número muy elevado de bases pero tienen poco que ver con "vida artificial" u "organismos de síntesis".

¿Qué sería "vida artificial"? Desde luego no sería mezclar genomas de organismos diferentes para generar un cóctel genético, aunque este sea viable. Ahí estaríamos solamente jugando al ensayo y error con piezas ya existentes.

Algo más ajustado a la expresión sería, por ejemplo, crear una bacteria para degradar cierto tipo de hidrocarburos y luego morirse sin dejar rastro. Para ello deberíamos planificar qué nuevas rutas metabólicas serían necesarias (no existirían en la naturaleza), qué nuevas enzimas deberían ser sintetizadas (no existirían en la naturaleza) y cómo programar el reloj biológico que garantizara la desaparición de los organismos sin efectos secundarios en el ecosistema. Todo esto debería ser trascrito a código genético (en una especie de ingeniería inversa) y esos genes serían sintetizados a partir de los nucleótidos básicos junto con todos los necesarios para la funcionalidad de la célula. A partir de ahí tal vez sería posible hablar de "organismo de síntesis artificial" aunque seguramente sería necesario acudir a células ya existentes para aprovechar su complejidad, fruto, a fin de cuentas, de unos pocos miles de millones de años de evolución.

Sin duda que esa meta se alcanzará pero aún nos queda un poco lejos.

5 comentarios:

Illaq dijo...

Aunque mi felicitación valga poco (soy, con absoluta franqueza, especialista en no especializarme en nada), ¡enhorabuena por el post!
Creo que en los párrafos finales está la clave, no ya de "vida artificial" o no, sino de la distinción entre "artificial" y "no artificial", puesto que, con los conceptos en la mano, creo que "natural" no se opone a "artificial": todo lo "artificial" es "natural" (de lo contrario sería "inexistente").
En cuanto a los resultados obtenidos por "& Co." y Craig Venter (encantador el análisis de firmas), no dudo de ninguna manera de sus logros (sería absurdo) y comprendo que, en su caso, la mercadotecnia es fundamental (de ahí la mención de C.V.), pero una cosa es (y perdón por el uso, probablemente indebido, de la metáfora) hacer una máquina con piezas prefabricadas y otra hacer desde cero las piezas de la máquina.
Por último, nunca había pasado por la correspondiente página de Wikipedia y quizá sea conveniente insistir en que una cosa es un título universitario y otra una dedicación profesional: ser licenciado (o doctor) en Filosofía (pongamos por caso) no es ser "filósofo". Si mal no recuerdo, hay por ahí unos cuantos filósofos de la ciencia de primera fila cuya titulación es de "doctor en física", lo mismo que hay también unos cuantos licenciados en Medicina cuya dedicación profesional tiende más bien a la vida política o sindical... La mención de la Sra. Obregón en este sentido me parece simplemente insultante.
Saludos

Angel dijo...

Lo de Anita Obregón hay que tomárselo con deportividad. Yo suelo decir que es como el mascarón de proa de la profesión :-)

Nevermind dijo...

Hola Angel

Yo diría que tomar componentes de diferentes bacterias para construir una nueva es considerado vida artificial, sin niguna duda. De hecho es el procedimiento estandar en biología sintética, y ya existen listas de componentes biológicos (listas de genes, vamos) que pueden ser utilizados para diversos cometidos y son, en teoria, intercambiables (por ejemplo http://parts.mit.edu). Ya te imaginas lo complicado que es regular y coordinar la expresión de esos genes para que fucionen como se espera.

Enhorabuena por el post y por el blog. No pasa un dia sin que mire si has escrito algo nuevo.

Angel dijo...

Hola Nevermind, lo de "vida artificial" es, valga la redundancia, una cuestión de semántica.
Yo estoy más en la línea de illaq de considerar que el ensamblaje de "partes" extraidas de organismos no responde al concepto sino que es una etapa inicial. Si llamamos a eso vida artifical ¿cómo llamaremos a lo que viene después?

Puestos a elucubrar, podríamos hablar del sentido de "artificial" desde un punto de vista "blando" y otro "duro". El blando es el que propuse en el post: diseño de genes no existentes en la naturaleza para hacer funcionales vías metabólicas tampoco existentes. Todo ese proceso aprovechará un código ya existente y una maquinaria celular fruto de unos pocos miles de millones de años de evolución. Aunque veo los toros desde la barrera supongo que podrá hacerse en unas décadas.

La línea "dura" ni siquiera la planteé y sería el diseño de organismos vivos completamente diferentes; por ejemplo, con una base química distinta.
Si no nos matamos en los próximos siglos supongo que esto (ciencia ficción, ya lo sé, pero mola) tendría interés para varios objetivos, desde el más prosaico de generar recursos exóticos hasta el más lejano de comenzar a terraformar lugares que, de buenas a primeras, no admitirían vida terrestre convencional.
Aparte de los significados, las vías que se están abriendo en genética son apasionantes y gente como Venter & Co. hacen falta para poner algo más de salsa en el menú.
Saludos

Illaq dijo...

Al menos por ahora, ya no aparece la Sra. García en la Wikipedia como "bióloga"...
Saludos

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