domingo, 30 de marzo de 2014

Biología sintética: ¿para qué construir un cromosoma en el laboratorio?


(O como explicar la noticia a mi madre de 84 años)

Se ha hecho pública la noticia de que se ha construido el primer cromosoma sintético de un organismos eucariota. Están todos muy emocionados y dicen que esto es muy importante, pero mi madre no entiende nada.

¿Qué es un organismo eucariota?. Según cómo sea las células de un ser vivo, los podemos clasificar en dos tipos: los procariotas, que son células muy simples que carecen de núcleo y de orgánulos rodeados de membrana, al que pertenecen las bacterias; y los eucariotas o células con un núcleo bien diferenciado y mucho más complejas, al que pertenecen las algas, los hongos, las plantas y los animales. Tú mismo eres un eucariota formado por millones de células. Otro eucariota muy sencillo formado por una sola célula es la levadura del pan, que también se utiliza para fabricar el vino y la cerveza, y que se llama Saccharomyces cerevisiae. Estos experimentos del cromosoma sintético los han hecho con esta levadura.


Células de levadura Saccharomyces cerevisiae al micropscopio electrónico de barrido (SEM).

¿Qué es un cromosoma?. Todas las células tienen en su interior el ADN, que es la molécula donde está escondida en forma de un código “secreto” de letras la información genética que controla el funcionamiento de la célula. Es la información que se hereda y que transmitimos a nuestros descendientes. Esa información está repartida en trocitos de ADN que se denominan genes. En las células eucariotas, el ADN está en el núcleo. Esas moléculas de ADN son muy largas y son como una madeja o maraña de hilos que se enrollan y se organizan en lo que se denomina cromosoma. Cada ser vivo tiene un número determinado de cromosomas en sus células. Nuestras células, por ejemplo, tienen 23 cromosomas, y la levadura Saccharomyces cerevisiae tiene un total de 16 cromosomas.

¿Y en qué consiste el experimento que han hecho con la levadura?. Pues le han quitado uno de sus cromosomas y se lo han sustituido por otro nuevo, que han fabricado artificialmente en el laboratorio. En concreto, de los 16 cromosomas que tiene la levadura, le han cambiado el cromosoma nº 3. Esto parece muy fácil, pero han tardado más de siete años, han colaborado 16 laboratorios y más de 50 estudiantes.


Building the Ultimate Yeast Genome. E. Pennisi. Science 28 March 20141426-1429.
Ese cromosoma artificial, ¿es igualito al natural, al que ya tenía la levadura?. No, este nuevo cromosoma artificial que han fabricado en el laboratorio es más pequeñito: si el cromosoma natural tenía un total de 316.667 letras, el artificial tiene 272.871, cerca de 50.000 cambios!. Le han quitado algunos trocitos que no tienen interés o que pueden dar problemas (trozos sin información importante o que se pueden “mover” de un sitio a otro del cromosoma), y además le han añadido otros para que funcione mejor el cromosoma y para poderlo diferenciar fácilmente del natural.

¿Por qué tanta emoción, si parece tan sencillo?. Pues porque es la primera vez que se consigue en un organismo eucariota. Los investigadores no sabían si al cambiarle de cromosoma, la levadura iba a funcionar igual y parece que sí: la levadura con su nuevo cromosoma fabricado en el laboratorio crece igualito o muy parecido a la levadura normal. Es decir, que la levadura tolera bien ese cromosoma artificial. Algo parecido ya lo habían hecho hace años con una bacteria, con un procariota, pero es más fácil, solo tienen un cromosoma y mucho más pequeñito. Esta vez ha sido con un cromosoma mucho más grande y en una célula mucho más compleja, la levadura.

Y esto, ¿para qué sirve, hijo mío?. (Esta es la pregunta que siempre me hace mi madre!). Si conseguimos hacerlo con los 16 cromosomas, podemos reinventar o rediseñar una levadura para que produzca lo que nosotros queramos. Imagínate que hagamos una levadura “sintética” que produzca más y mejor cerveza, o medicamentos, biocombustibles, nuevos antibióticos, … las posibilidades son infinitas. En el futuro, podremos hacer una levadura “a la carta”. Además, podemos manipular completamente su genoma y nos puede ayudar a entender cómo funciona exactamente un genoma, cómo se controla una célula, algo que todavía hoy en día no somos capaces de entender.

Algunos periódicos dicen que esto es vida artificial, ¿es cierto?. Estamos todavía muy lejos de la vida artificial. Todavía no somos capaces de a partir de elementos sencillos (carbono, nitrógeno, fósforo, oxígeno, …) sintetizar una célula completa. Lo que se ha hecho es sintetizar un cromosoma y metérselo a una célula ya existente. Esto no es crear vida artificial, aunque sea un gran avance.

¿Y ya está, el proyecto se acaba aquí?. No, el proyecto pretende crear un genoma completo sintético de la levadura. Se ha denominado proyecto Sc2.0,  Sc es por Saccharomyces cerevisiae y el 2.0 hace referencia a la versión 2 de un nuevo ser vivo. Esto que acaban de publicar ahora es solo el comienzo. De momento han conseguido sintetizar uno de los 16 cromosomas de la levadura. Otros cuatro están a punto de completarse, siete se han comenzado a diseñar y con los otros cuatro restantes todavía ni han comenzado. Es un proyecto muy ambicioso y apasionante en el que participan grupos de investigación de EE.UU., China, Reino Unido, Australia, Singapur, Francia y Alemania.

Total Synthesis of a Functional Designer Eukaryotic Chromosome. Annaluru, N., et al. Science. March 27, 2014

4 comentarios:

  1. Muy bueno el resumen.
    Las dos modificaciones que más me han impactado son la inserción de secuencias de recombinación en torno a todos los genes y el reemplazo del codón de Stop TAA por TAG (si mal no recuerdo). Esto último implica la posibilidad futura de modificación del "código genético".

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    1. Gracias, "adiegol"!. Sí, es un trabajazo enorme, con muchas posibilidades de futuro.

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  2. ¡Muy bien explicado! Es fascinante pero a la vez da mucho respeto. Las posibilidades son inmensas...

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  3. Gracias por el comentario, Francesca. Tendremos levaduras "a la carta", una revolución de la biología sintética que supondrá seguro grandes posibilidades futuras para la biotecnología, biomedicina y salud, alimentación, energía, .... Apasionante!

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