Modificar la vida: Biología sintética (1)

Como si manipularan piezas del juego Lego, los científicos diseñan y ensamblan circuitos biológicos que no existen en la naturaleza. Con ellos buscan producir a bajo costo vacunas, fármacos, biocombustibles y nuevos materiales.
Un biotecnólogo se sienta frente a la pantalla de su computadora. Da un clic y ante él se despliegan decenas de páginas con bases de datos sobre microorganismos. Entre ellos selecciona una bacteria. Ahora accede a otra página repleta de información genética. Asistido por un programa de cómputo y como si editase un texto se dedica a copiar y pegar grupos de letras que representan fragmentos de ADN para dar forma a un novedoso diseño. Estos fragmentos en particular son circuitos genéticos, esto es, conjuntos de genes que dan lugar al “encendido” o “apagado” de otros genes.

Como un niño que manipula las piezas de un rompecabezas tipo Lego, el científico continúa con la selección y ensamblaje de combinaciones de circuitos genéticos que le permitirán armar un microorganismo “a la carta”, que no existe en la naturaleza y que podrá desarrollar funciones preprogramadas.

Concluido el ensamblaje de genes el investigador lo usa en el laboratorio para producir el nuevo microorganismo con un propósito específico que puede ser generar biocombustibles, detectar enfermedades genéticas o eliminar tumores malignos. Con los avances de la biología sintética esta escena ya no parece de ciencia-ficción.

Cabras y arañas
En 2012 investigadores de la Universidad Estatal de Utah, Estados Unidos, encabezados por Randy Lewis, anunciaron la culminación exitosa de un audaz experimento para producir auténticas quimeras vivientes: cabras a las que se les introdujo un gen de araña para que produjeran en su leche una proteína indispensable para fabricar tela de araña.

Para producir telaraña a escala masiva se necesitaría criar y “ordeñar” millones de estos artrópodos. Pero el profesor de biología molecular Randy Lewis decidió probar una ruta más sencilla: cuando sus cabrarañas comenzaran a lactar, simplemente recolectaría y purificaría su leche para obtener la proteína deseada.

No podían faltar las críticas a éste y otros experimentos similares con animales transgénicos: muchos acusaron a Lewis de “jugar a ser dios” o de alterar el orden natural. Lo cierto es que, con todo y su espectacularidad, los avances de la ingeniería genética podrían palidecer pronto ante la gama de posibilidades que está abriendo la biología sintética.

Ahora la intención no es únicamente modificar o reconfigurar a los organismos existentes, sino diseñar —con el apoyo de programas de cómputo y la gran cantidad de información que deriva del auge explosivo de las ciencias genómicas— otros con características deseables, que pueden encontrarse o no en la naturaleza.

“En este campo no sólo se hacen pequeñas modificaciones en la información genética, sino que también se diseñan, manipulan, simulan e introducen circuitos genéticos a los organismos”, señalan Daniel Aguilar e Isabel Ángeles en su artículo “Biología sintética: diseñando sistemas biológicos con piezas genéticas”, publicado en la revista BioTecnología en 2012.

Con este enfoque —plantean los autores del artículo— “se están abordando distintos problemas tecnológicos como nuevas formas de síntesis y producción de biocombustibles, biofármacos y nanoestructuras”.

Organismos artificiales
Cuando en 2010 el famoso científico californiano Craig Venter dio a conocer el ensamblaje y autorreplicación de una bacteria Mycoplasma mycoides —cuyo genoma artificial fue inoculado en la carcasa de otra bacteria desprovista de su propio ADN— el mundo científico se conmocionó. El exitoso experimento de Venter mostró que era posible diseñar un genoma mediante computadora, fabricarlo con los elementos químicos necesarios en el laboratorio e implantarlo en una célula que a su vez produzca otra nueva capaz de replicarse siguiendo las “instrucciones” del genoma sintético. Sin embargo, para entonces la biología sintética ya había dado otros pasos importantes.

“El reto que enfrentó Craig Venter fue de tipo técnico, mas no conceptual, ya que pudo construir cromosomas enteros para la bacteria Mycoplasma mycoides”, explica en entrevista Daniel Aguilar. De acuerdo con este biotecnólogo egresado del Instituto de Investigaciones Biomédicas de la UNAM, el mérito de Venter es que antes de ese trabajo no se habían producido o sintetizado fragmentos completos muy largos de ADN en el laboratorio.

En 2003 Jay Keasling, de la Universidad de California, Estados Unidos, logró introducir un circuito genético para producir en la bacteria Escherichia coli un precursor químico de la artemisinina, fármaco usado contra la malaria. Y en 2010 la compañía estadounidense LS9 modificó genéticamente a este mismo microorganismo para que produjera alcanos y alquenos, que son los constituyentes básicos de la gasolina, el diesel y la turbosina. Este trabajo demostró que es viable transferir entre organismos la capacidad de fabricarciertas proteínas y enzimas, lo cual abre la posibilidad de transformar carbohidratos en combustibles de bajo costo.

En México también hay grupos que han incursionado en esta disciplina. Es el caso del Laboratorio de Biología Sintética y Biosistemas del Centro de Investigación y Estudios Avanzados (Cinvestav) Unidad Irapuato. En este laboratorio, según explica en entrevista su titular, Agustino Martínez Antonio, se siguen líneas de investigación enfocadas a conocer cómo funcionan los circuitos genéticos y a hacer ingeniería con esas piezas.

“Queremos obtener los elementos mínimos para hacer un sistema autorreplicable; es decir, una molécula de ADN con los genes necesarios para que se forme una proteína o un complejo de proteínas y pueda hacer copias, como un robot que se autoensambla, pero a nivel molecular”.

El grupo de trabajo del doctor Martínez, que ya tiene convenios con empresas mexicanas, asimismo busca ensamblar circuitos genéticos que sirvan para producir a menor costo compuesto usados en la industria alimentaria como licopeno, betacaroteno y melanina, además de biocombustibles.