Frankenstein es una de las novelas de ciencia ficción más célebres de la historia. La historia que imaginó Mary Shelley está un paso más cerca de hacerse realidad. Desde hace algo más de medio siglo, los investigadores persiguen el sueño de crear vida artificial, tal y como hizo el doctor Víctor Frankenstein con la criatura que ideó y moldeó a su antojo. Pero lejos de jugar a ser dioses modernos que fabrican monstruos, los científicos pretenden construir organismos artificiales con los que producir a la carta medicamentos, biocombustibles o nuevos materiales. Un equipo de más de doscientos investigadores ha logrado un importante paso hacia el diseño y la generación de seres vivos en el laboratorio.
El consorcio dirigido por Jeff Boeke, científico de la Universidad de Nueva York, ha fabricado por primera vez cinco cromosomas sintéticos de levadura, lo que representa la mayor cantidad de ADN "a la carta" de un ser vivo complejo conseguida hasta la fecha. El logro representa la construcción en el laboratorio de más de una tercera parte del genoma del organismo que se utiliza habitualmente en la fabricación del pan, el vino o la cerveza. Su avance, todo un hito en biología sintética, ha sido publicado en la revista Science y llega solo tres años después de que el mismo consorcio anunciase la creación del primer cromosoma sintético de levadura.
La ingeniería al asalto de la biología
Los cromosomas son los “paquetes” que contienen el material genético y, en el caso de los seres humanos, la mayoría de nuestras células contienen 46 cromosomas, fruto de los dos juegos de cromosomas que heredamos de nuestro padre y de nuestra madre. En 2014, el grupo de Boeke fue capaz de diseñar y generar synIII, el primer cromosoma sintético de una levadura, un hongo utilizado frecuentemente en biología por su similitud con las células humanas. Ahora los científicos han logrado diseñar y fabricar otros cinco cromosomas más en el laboratorio, que reciben el nombre de synII, synV, synVI, synX y synXII. Los esfuerzos del consorcio Synthetic Yeast 2.0 han permitido sintetizar un total de seis cromosomas de los dieciséis que poseen las levaduras, demostrando que es posible integrarlos en una célula y hacer que esta funcione correctamente.
Su próximo objetivo es diseñar y fabricar el genoma artificial completo de un organismo complejo como este tipo de hongo. De conseguirlo, superarían el hito alcanzado por Craig Venter en 2010, cuando anunció la creación de la primera célula artificial a partir de la bacteria Mycoplasma. En aquella ocasión, el investigador norteamericano, que participó también en el Proyecto Genoma Humano, logró sintetizar un cromosoma en el laboratorio para integrarlo después en esta célula microbiana. A diferencia de las levaduras, las plantas o los animales, las bacterias son seres vivos muchos más simples ya que no poseen un núcleo que guarde su ADN y presentan un único cromosoma. Sin embargo, el resto de organismos vivos, llamados eucariotas, presentan un mayor número de cromosomas y su material genético empaquetado se encuentra en un compartimento separado en el interior de la célula, conocido como núcleo.
Si comparamos los seres vivos con ordenadores, el material genético empaquetado en los cromosomas representaría el software biológico, mientras que el resto de estructuras serían el hardware. La biología sintética es el intento de la ingeniería de "asaltar" la biología, y la serie de siete trabajos publicados en Science es un gran avance en esta disciplina emergente. "Han logrado escribir un nuevo programa e introducir dicho software en un hardware preexistente", dice Víctor de Lorenzo a Hipertextual, en referencia al diseño y la construcción de los cinco cromosomas sintéticos de levadura. "Llegará el día en el que seremos capaz de crear una célula desde cero sin ningún hardware preexistente, pero todavía no estamos en ese punto", comenta el investigador del Centro Nacional de Biotecología (CNB-CSIC), y uno de los expertos más reconocidos en el campo de la biología sintética.
A su juicio, los resultados presentados hoy suponen un "salto cualitativo y cuantitativo muy importante" respecto al trabajo de Craig Venter. "El paso conceptual de las bacterias a las levaduras que han dado es más grande que el que habría desde las levaduras hasta los seres humanos", añade el especialista. Aunque ambos organismos son invisibles para nuestros ojos, la célula de la levadura es parecida a la célula humana al poseer un verdadero núcleo en su interior y un número elevado de cromosomas, algo que no sucede en las bacterias. De ahí que las levaduras, pese a su pequeño tamaño, hayan sido también utilizadas como modelos para estudiar el ciclo celular y comprender la aparición de enfermedades como el cáncer.
Según explica Víctor de Lorenzo, el equipo de Boeke ha aplicado "estrategias de ingeniería de verdad", ya que parten de un sistema complejo como una levadura para descomponerlo en partes, ensamblarlas, optimizarlas, analizar dónde hay problemas y subsanarlos. "Es como si tuvieran que fabricar un Airbus y para ello necesitan diseñar y crear las diferentes piezas que forman parte del avión. De este modo acercan la biología sintética a sistemas como las levaduras, más próximos a los animales y los seres humanos", añade. El grupo de Boeke ha conseguido además construir los cinco cromosomas sintéticos de levadura siguiendo una metodología novedosa: en lugar de realizar la síntesis continua de una molécula, como propuso Craig Venter, los investigadores han optado por generar una especie de "andamio" (scaffold, en inglés), donde iban colocando más y más trozos de ADN hasta conseguir los cinco cromosomas sintéticos del hongo. "Parten de una estructura básica sobre la que van insertando fragmentos de ADN. Además las levaduras tienen sistemas de recombinación más potentes que los de las bacterias, lo que ha jugado a su favor", comenta el científico del CNB-CSIC.
Los siete artículos publicados en Science ofrecen, en opinión de Víctor de Lorenzo, otra novedad conceptual muy importante: la flexibilidad que existe en los cromosomas. "Se pueden quitar, cortar y barajear secuencias sin afectar al funcionamiento de las células", sostiene el científico. Estas posibilidades juegan a nuestro favor porque anteriormente se pensaba que los genomas eran más complejos y rígidos en cuanto a su estructura, algo que parecen desmentir los trabajos anunciados hoy.
El desafío a partir de ahora es diseñar y construir un genoma sintético por completo e introducirlo en una levadura. En otras palabras, los investigadores pretenden escribir el software genético íntegro de la levadura para colocarlo en un hardware preexistente, y así acercarnos todavía más hacia la creación de vida artificial en el laboratorio. Víctor de Lorenzo apunta que este reto podría alcanzarse en menos de dos años, aunque el grupo de Boeke es algo más optimista y pretende completar la síntesis de los dieciséis cromosomas "de diseño" para finales de 2017. ¿Y después qué? "Habrá que realizar un pequeño recorrido evolutivo, quizás probando en otros modelos experimentales como la mosca de la fruta, el pez cebra o el gusano C. elegans", apunta el investigador del CNB-CSIC. Pero el gran desafío es, sin duda, trasladar estas aproximaciones al genoma humano y ser capaces en un futuro de diseñar y fabricar "a la carta" cromosomas de nuestra especie en el laboratorio.
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