El padre del genoma humano abre el camino para crear seres vivos

El último logro del investigador estadounidense Craig Venter consiste sobre todo en la superación de un reto técnico. Como ejemplo, se puede imaginar una cuenta de collar, que mide un centímetro y que está disponible en cuatro colores. Siguiendo el parangón, Venter ha enhebrado esas cuentas en un collar de casi seis kilómetros de longitud, en el que la secuencia de colores ha sido previamente fijada con exactitud. Y la ha reproducido sin errores. Todo ello con las dificultades añadidas de que las cuentas que maneja Venter –pares de bases, las cuatro letras del ADN– son infinitamente pequeñas y además no existe máquina capaz de hilar semejante collar. No obstante, la superación del desafío no busca romper un récord, sino superar una barrera científica: la creación de vida en el laboratorio.

El collar de Venter es el genoma completo de una bacteria, el más pequeño conocido en un organismo libre que crece en cultivo. Se trata de Mycoplasma genitalium, un parásito del tracto urogenital humano. Tras su implicación en el proyecto Genoma Humano, con las excentricidades que le han convertido en todo un personaje, Venter emprendió uno de los proyectos que aspiran a crear algo parecido a la vida artificial. Su enfoque no busca, como hacen otros de sus colegas, crear una célula partiendo de cero, sino animar una célula zombi, vaciada de su ADN, con un genoma 100% sintético.

Célula ‘zombi’

Para este ambicioso plan, Venter contó con el que fue su estrecho colaborador durante la carrera del genoma humano: Hamilton Smith, Nobel en 1978 y Príncipe de Asturias en 2001, que ya había destacado por obtener la primera secuencia completa del genoma de una bacteria. Bajo la dirección de Smith, el equipo del J. Craig Venter Institute, en Rockville (EEUU) tomó como modelo el micoplasma y sus 485 genes codificantes. Tratando de reducir el equipaje genético al mínimo, en 1999 los científicos concluyeron que 100 de estos genes eran prescindibles.

En junio, el equipo superó un obstáculo crucial, demostrando que la animación de una célula con un ADN ajeno era posible. Venter trasplantó el genoma de un micoplasma a otro de diferente especie, cambiando así la identidad genética de la célula. Los nuevos resultados, que hoy publica Science, alcanzan la última meta volante antes del gran final de etapa. Confirmando lo que Venter adelantó en octubre, la pericia de los investigadores y una hábil estrategia técnica han culminado la copia artificial de todo el ADN del micoplasma; una vez destruido el gen responsable de la patogenicidad y añadidas algunas etiquetas de marcaje, 582.970 pares de bases.

Para lograrlo trocearon la secuencia en 101 tramos, fabricaron químicamente cada uno de ellos y los pegaron hasta donde las técnicas in vitro permitían, llegando a disponer del genoma entero partido en cuatro pedazos. El último paso requirió la ayuda de un obrero biotecnológico especializado, una célula de levadura, que se encargó de empalmar los fragmentos.

El próximo paso será uno de los experimentos de la década; la creación de una nueva especie, que tiene nombre antes de existir. Mycoplasma laboratorium será, si llega a vivir, la primera célula libre con un genoma artificial. Para reducir este paquete de genes al mínimo, los científicos comprobarán cuáles y cuántos de esos 100 genes prescindibles uno a uno lo son también en combinación.

Con todo, ni la pura curiosidad científica, ni mucho menos el morbo de jugar a Dios, son el punto y final de la vía sobre la que rueda Venter. Si las previsiones se cumplen, el laboratorium será el primero de una estirpe: células creadas a medida que fabricarán medicamentos o biocombustibles, o que devorarán los contaminantes medioambientales.

"El genoma es el software de la célula"

Hamilton Smith
Microbiólogo del JCVI (EEUU)

El director del proyecto que ha logrado el primer genoma bacteriano artificial resume las claves de su trabajo en una entrevista publicada hoy en Science (lo que sigue es un extracto).

¿Han empleado alguna técnica nueva?

Los 101 fragmentos son de un tamaño que se puede sintetizar fácilmente, así que los encargamos a un servicio externo. Nosotros desarrollamos el método de recombinación in vitro que permite unir las piezas. Tuvimos problemas uniendo los cuartos en E. coli, así que empleamos levadura, que permite recombinar con alta eficiencia fragmentos grandes que solapan parcialmente.

¿Por qué es importante?

Queríamos crear el cromosoma mínimo. Ya habíamos publicado que unos 100 genes del micoplasma no son esenciales. Una manera fácil de reducir el genoma era sintetizarlo químicamente. Buscamos una célula en la que cada gen sea esencial. Pensamos que serán unos 400 y algunos no sabremos para qué sirven.

¿Cuál es el siguiente paso?

Tenemos que introducir el genoma en una célula. Me gusta la analogía del ordenador: el sistema operativo por sí solo no hace nada, pero cuando se instala en un ordenador, hace que éste funcione. Es lo mismo con el genoma; es el sistema operativo de la célula. El citoplasma es el hardware que hace falta para ejecutar el genoma. Los dos juntos hacen una célula funcional.

 

¿Reto tecnológico o creación de vida?

Federico Morán Abad, catedrático de Bioquímica y Biología Molecular, UCM

La publicación hoy en la revista Science del nuevo trabajo del grupo de Craig Venter es, sin lugar a duda, un hito tecnológico de primera magnitud. Hasta la fecha sólo se habían sintetizado de novo genomas mucho más pequeños, como el del fago Phi X 174, logrado hace cuatro años. Ensamblar más de medio millón de nucleótidos en su correcto orden en una doble hélice de ADN es una proeza técnica. No obstante, este logro no implica, como mantienen algunos –incluido el propio Venter–, que se haya creado propiamente vida. Una bacteria, aunque sea tan simple como Micoplasma, es mucho más que su genoma. El genoma artificial sintetizado sólo es funcional si se inserta dentro de una célula (una bacteria, por ejemplo) a la que se ha eliminado previamente su genoma y se deja que aquél se exprese. Este proceso se llama clonación y ya se ha hecho innumerables veces con genomas naturales; no tiene por qué fallar con un genoma sintético.

La vida de un microorganismo es consecuencia de un notable número de factores, entre los que se encuentra su información genética, pero ésta no sirve de nada si no dispone de ese envoltorio que compone el resto de elementos de la célula (membrana, metabolitos, sales, iones, etc). Esta otra información es la que se denomina epigenética y es esencial para que un ser vivo sea precisamente vivo. Los componentes necesarios incluyen, obviamente, el propio genoma de la célula, pero también todo lo demás. Hoy por hoy nadie ha afrontado el reto de sintetizar de novo realmente todos los componentes de una célula, por reducida que sea, y ensamblarlos en su correcto sitio para que resulten funcionales.

El logro de sintetizar un genoma artificial de componentes mínimos es de gran interés biotecnológico. Sin duda, éste puede ser el comienzo de una nueva era en la que se puedan aprovechar organismos con genomas sintéticos para la fabricación de productos de interés o acciones de biorremediación. Pero todavía estamos muy lejos de crear vida a partir de materiales inertes.

 

Gepetos en busca de su Pinocho celular

Mitocondria manumitida

El investigador gallego Antón Vila dirige, en la Universidad de California en Berkeley (EEUU), uno de los proyectos más atractivos en este campo. La mitocondria, orgánulo que actúa como central energética celular, es un saquito de ADN y proteínas. Los científicos creen que en su origen fue un organismo libre que encontró más cómodo el hospedaje dentro de otra célula mayor. Vila añadirá a la mitocondria los genes necesarios para devolverle la libertad.

Tornillos moleculares

Otros enfoques intentan crear una protocélula artificial a partir de materia prima biológica. Dos proyectos diferentes pretenden rellenar una membrana lipídica sintética con protoenzimas y genes (proyecto europeo SynthCells) o con ARN autorreplicante (Universidad de Harvard, EEUU).

El ‘bicho’ de Los Álamos

El proyecto más audaz está liderado por la empresa veneciana Protolife, que quiere hacer realidad la criatura diseñada por Steen Rasmussen, del Laboratorio de Los Álamos (EEUU) y a la que llaman ‘el bicho’: una gotícula de grasa donde se incrustará –“como migas en un chicle”, dice Rasmussen– un ácido peptidonucleico (APN), parecido al ADN. En la iniciativa colabora el proyecto europeo PACE, en el que participa Ricard Solé, de la Universidad Pompeu Fabra.