Científicos crean vida en el laboratorio con el número mínimo de genes para sobrevivir

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Científicos construyen una bacteria que contiene los ingredientes genéticos mínimos necesarios para la supervivencia.

El conjunto de instrucciones genéticas de esta bacteria, su genoma, se compone de tan sólo 473 genes, incluyendo 149 cuya función biológica exacta es desconocida, según informaron los investigadores en la revista Science del 25 de Marzo.

La bacteria recién creada contiene una versión minimalista del genoma de la bacteria Mycoplasma mycoides. Mycoplasma ya posee uno de los más pequeños genomas conocidos. La M. mycoides utilizada en los experimentos comenzó con 901 genes. A modo de comparación, otras bacterias, incluyendo la E. coli, pueden tener de 4.000 a 5.000 genes. Los seres humanos, por ejemplo, tienen más de 22.000 genes, aunque no todos son necesarios (SN: 02/04/16, pág. 18).

Imagen de microscopio electrónico de barrido de una de las estructuras que presenta syn3.0 (la barra blanca representa 1 μm). Imagen: Hutchison et al/Science 2016

En 2010, los investigadores del Instituto J. Craig Venter en La Jolla, en California, Estados Unidos, realizaron una réplica de la totalidad del genoma de M. mycoides y se lo introdujeron en una célula de una especie diferente, Mycoplasma capricolum, creando lo que algunos denominaron el primer organismo sintético ( SN: 6/19/10, p 5). El nuevo trabajo reduce el genoma de la M. mycoides a sus componentes esenciales antes de trasplantarlos a Capricolum M., produciendo una bacteria mínima a la que llamaron syn3.0.

Los investigadores esperan que el genoma esencial de syn3.0 les enseñe más acerca de los aspectos básicos de la biología. Estas bacterias con un genoma mínimo también pueden ser el chasis sobre el que construir microbios hechos a la medida para la producción de medicamentos o productos químicos.

Craig Venter, fundador del instituto sin ánimo de lucro, y un equipo de investigadores dirigido por Clyde Hutchison III y Daniel Gibson comenzaron con el diseño inicial de un organismo basado en un conjunto básico de alrededor de 300 genes; los necesarios para que un microbio sobreviviera por sí mismo, según los modelos realizados por los investigadores. Pero cuando los investigadores trataron de llevar sus creaciones informáticas a la vida, “cada uno de nuestros diseños falló,” dijo Venter en una teleconferencia con periodistas. El fallo se debió al dejar genes de función desconocida fuera de la mezcla. Alrededor del 32 por ciento de los ingredientes genéticos necesarios para ensamblar el más simple de los organismos quedaron fuera de la receta inicial, ya que los investigadores no conocían la función de los genes y no comprendían su importancia. Una vez mezclaron de nuevo los genes en el conjunto, la bacteria cobró vida.

“Creo que estamos mostrando lo compleja que es la vida incluso para el más simple de los organismos”, dijo Venter. “Estos resultados nos llenan de humildad” porque muestran que los investigadores todavía no entienden completamente si quiera los requisitos mínimos para la vida.

Esta falta de conocimiento es “frustrante después de tantos años de la biología molecular”, dice la bióloga sintética Pamela Silver de la Escuela de Medicina de Harvard. Pero este microbio minimizado puede ser una buena plataforma para descubrir qué hacen genes de función desconocida, comentó.

Reparto de los genes en cuatro grupos principales. Syn3.0 consta de 473 genes. De ellos, 79 no tienen una categoría funcional asignada. El resto, pueden ser clasificados en 4 grupos funcionales principales: 195 genes se dedican a la expresión de la información genética, 34 genes a la conservación de información genética, 84 genes para formar la estructura y función de la membrana celular y 81 genes para regular el metabolismo citosólico. Indicado en el gráfico son los porcentajes que representa cada grupo. Imagen: Hutchison et al/Science 2016

Otros investigadores han tratado de hacer genomas mínimos eliminando genes uno a uno. Pero el grupo de Venter ensambló su microbio desde abajo, sintetizando fragmentos de ADN que más tarde unirían para formar un genoma completo.

Drew Endy, biólogo sintético en la Universidad de Stanford, es uno de los científicos que aplauden esta manera de abordar el experimento. “Sólo cuando intenta construir algo se puede averiguar lo que es realmente necesario. Con demasiada frecuencia en biología nos encontramos con sólo datos, una simulación por ordenador, o simplemente una historia perfecta. Cuando tratas de construir algo, no puedes ocultar tu ignorancia,” dijo Endy en un correo electrónico. “Cuando construyes algo, o funciona o no lo hace, no hay medias tintas.”

Al principio, el escueto genoma no funcionaba. Algunos genes que parecían no ser esenciales para la vida resultaron realmente ser requisitos necesarios, como lograron descubrir los investigadores. Estos genes tienden a tener funciones redundantes con otro gen. Los investigadores podían eliminar uno de esos genes, pero no ambos al mismo tiempo, así como el apagado de un motor en un avión bimotor mantendrá el avión en el aire, pero la desactivación ambos motores induciría un accidente, dijo Gibson.

Este vídeo muestra la tasa de crecimiento tanto de syn3.0 como de syn1.0 (la bacteria precursora) en un periodo de 8 horas. La tasa de crecimiento es similar, si bien se puede apreciar en el segundo caso cómo el tamaño de syn3.0 es mayor a syn1.0 (mostrada primero).

Aunque el genoma de syn3.0 es mucho más pequeño que el de otras bacterias de vida libre, puede que no sea el genoma mínimo para todo organismo independiente en la situación. (Las bacterias simbióticas que viven dentro de células huésped pueden tener menos genes que la syn3.0, pero no pueden sobrevivir por su cuenta.) Otros investigadores han teorizado que una célula mínima podría consistir de un solo gen replicante de ARN dentro de una membrana, dice el genetista George Church de la Universidad de Harvard.

Si se parte de otro organismo o se cultiva la bacteria en condiciones diferentes, probablemente se pueda lograr crear un microbio con un conjunto mínimo de genes diferentes, dice Jay Keasling, biólogo sintético de la Universidad de California, Berkeley. “El genoma mínimo dependerá del cristal con el que se mire”, dice.

Gibson y Venter están de acuerdo en que ellos han creado un genoma mínimo, pero no necesariamente el genoma mínimo. Syn3.0 es más sencillo, pero aún contiene florituras. El equipo mantuvo varios genes “cuasi-esenciales” que no son estrictamente necesarios para la vida, pero que permiten que las bacterias crezcan lo suficientemente rápido como para resultar útiles en el laboratorio.

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2017-02-12T17:04:08+00:00