La bacteria, denominada Syn61, es una versión artificial de la bacteria E. coli que vive en el intestino. Su código genético fue alterado y rediseñado significativamente.

El objetivo es que este organismo de ADN sintético allane el camino para las bacterias de diseño que podrían fabricar nuevos catalizadores, medicamentos, proteínas y materiales.

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El hito científico fue aclamado por académicos y expertos en genética.

George Church, de la Universidad de Harvard, calificó la creación como un “descubrimiento importante”, mientras que el profesor de biología sintética deL Imperial College, Tom Ellis, afirmó que el trabajo es “impresionante”.

Cómo se creó

Las 4 millones de letras genéticas que contiene el Syn61 hacen de este el genoma completo más grande en ser sintetizado desde cero.

El trabajo de los ingenieros del genoma fue parecido al programa de mantenimiento de un ingeniero ferroviario, reemplazando el genoma de la bacteria E. coli por partes, sección por sección, en lugar de hacerlo todo de una vez. Así, las letras fueron ordenadas en segmentos cortos antes de ser ensambladas en longitudes de medio millón.

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“El cromosoma bacteriano es muy grande”, afirmó a la BBC el líder del equipo, Jason Chin. “Necesitábamos un enfoque que nos permitiera ver qué había fallado si hubiera habido errores en el camino”, agregó.

Después de que cada segmento de medio millón de letras fuera probado en bacterias parcialmente sintéticas, los científicos unieron los ocho segmentos y crearon el organismo Syn61.

La estrategia fue más cautelosa que la utilizada por el bioempresario Craig Venter, quien en 2010 diseñó la bacteria parcialmente sintética Mycoplasma laboratorium basada en el pequeño organismo Mycoplasma genitalium.

“Ese fue un hito”, recuerda Tom Ellis. Sin embargo, según el profesor de Imperial College, la investigación consumió durante muchos años los esfuerzos de un instituto creado, administrado y nombrado por Venter.

La nueva creación fue realizada por un pequeño equipo en el mundialmente famoso Laboratorio de Biología Molecular de Cambridge (LMB) y, según el doctor Chin, podría fácilmente ampliarse a genomas más grandes en cualquier laboratorio bien equipado.

En el proceso, el equipo liderado por Chin encontró solo cuatro errores en los cuatro millones de letras genéticas sintetizadas y se corrigieron fácilmente.

Genoma recodificado

Pero las ambiciones del doctor Chin van más allá de romper los récord de cromosomas.

El nuevo genoma también ha sido recodificado. Este es un primer paso para permitirle a los biólogos sintéticos incorporar componentes en biomoléculas que no existen en la naturaleza.

El código del ADN contiene instrucciones para la célula sobre cómo ensamblar proteínas, las biomoléculas primarias de un cuerpo. Así como el ADN está compuesto de cadenas de elementos de ácido nucleico único, las proteínas están hechas de cadenas de aminoácidos simples.

La naturaleza tiene una paleta de 20 aminoácidos, como los denominados serina, leucina y alanina, entre otros. Su química dicta las propiedades de la proteína que producen, desde el cabello hasta las proteínas musculares y las enzimas del estómago.

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Pero aunque la naturaleza solo se basa en 20, el código de ADN podría alojar hasta 64. El biólogo Francis Crick, quien trabajó en la investigación de LMB desde sus inicios, calificó esto como un “accidente congelado”.

Como resultado, muchas de las “palabras” o codones del ADN conducen al mismo aminoácido. Hay seis formas, por ejemplo, de escribir las instrucciones para el aminoácido llamado serina, que Chin considera un desperdicio.

“Hemos eliminado algunas de las duplicaciones en el código natural para hacerlo más eficiente“, explica uno de los colegas de Chin, Julius Fredens, quien supervisó gran parte del trabajo detallado en el laboratorio.

“Esta fue una transformación realmente radical”, explica Chin.

Y aunque esto puede sonar como un nuevo mundo molecular, el doctor Chin dice que no debemos estar asustados.

“La gente tiene preocupaciones legítimas”, dice. “Todo lo que inventamos tiene un doble uso. Pero lo importante es que tenemos un debate sobre lo que debemos y no debemos hacer. Y que estos experimentos se realizan de manera bien controlada“, afirmó.

En declaraciones a la cadena pública británica BBC, Stratton dijo que el descubrimiento “es un momento significativo para la investigación sobre el cáncer”.

“En la última parte del siglo pasado, fuimos capaces de identificar los primeros genes individuales que mutaban”, explicó.

“Ahora, con nuestra capacidad para secuenciar el genoma entero de un gran número de cánceres, nos dirigimos hacia la creación de lo que, más o menos, es una lista completa de esos genes mutados de cáncer”, manifestó.

El equipo internacional de científicos examinó los tres mil millones de letras que componen el código genético en 560 casos de cáncer de mama  (556 pacientes mujeres y cuatro hombres). Descubrieron en total 93 conjuntos de instrucciones o genes, que, si mutan, pueden causar tumores.

Algunos de estos genes ya habían sido descubiertos con anterioridad, pero estos investigadores creen que la suya puede ser la lista definitiva, al exceptuar algunas mutaciones raras.

Los autores identificaron una serie de “firmas de mutaciones” (las marcas que deja la mutación) en esos genomas de pacientes de cáncer que estaban asociadas con reparaciones defectuosas del ADN y la función de los genes supresores de tumores BRCA1 o BRCA2.

En conjunto, los científicos identificaron 12 tipos de “daños” que pueden causar mutaciones en el pecho, algunos relacionados con la historia familiar, si bien otros continúan sin estar explicados.

Por ejemplo, un tipo de mutación parece derivarse de ataques que el cuerpo hace contra los virus mediante una mutación de su código genético, un proceso que causa ese daño colateral.

Los investigadores aún desconocen si estos procesos del cuerpo humano pueden ser alterados, pero esperan que la investigación continúe con el objetivo de reducir el riesgo de cáncer.

“En el futuro, nos gustaría poder elaborar el perfil de genomas de cáncer individuales, para identificar así el tratamiento que más puede beneficiar a una mujer o a un hombre diagnosticados con cáncer de mama”, declaró una de las investigadoras Serena Nik-Zainal.

“Es un paso más hacia el cuidado personalizado en casos de cáncer”, señaló a la BBC.

Emma Smith, especialista de la organización de investigación británica Cancer Research UK, alabó el estudio al afirmar que “nos acerca a obtener una imagen completa de los cambios genéticos en el origen del cáncer de pecho y arroja además intrigantes pistas sobre los procesos biológicos clave que pueden fallar en las células y causar la enfermedad”.  

Clyde Hutchison, junto con el genetista Craig Venter, lideraron la investigación, publicada en la revista Science en el centro de investigación que lleva su nombre, el Craig Venter Institute, en el estado de Maryland  (EE. UU.).

La nueva célula bacteriana contiene solo los genes necesarios para sostener vida en su forma más simple.

Las aplicaciones médicas de este hallazgo son incontables, ya que abre la posibilidad de crear nuevos productos químicos o farmacéuticos en el largo plazo, explicó el microbiólogo.

“Esperamos ser capaces de diseñar células nuevas que nunca antes se han producido, podremos construir todo aquello que queramos”, dijo Hutchison, profesor emérito de la Universidad de Carolina del Norte.

Por ahora, sin embargo, los científicos se centran en aprender a diseñar los genomas en sí mismos y las aplicaciones vendrán más adelante, precisó el investigador.

Clyde Hutchison y Craig Venter llevan más de dos décadas investigando sobre el genoma y la vida sintética.

La creación de vida de forma sintética es diferente de la llamada “vida artificial”, puesto que toma elementos que ya existían y simplemente los une de forma sintética, aclaró Hutchison.

Primera célula sintética bacteriana

Con la publicación, Venter, creador del primer genoma sintético, actualizó su descubrimiento del 2010, cuando creó la primera célula sintética bacteriana capaz de automultiplicarse.

Así, quedó probado que con un computadora podía diseñar un genoma, que a su vez podía construir químicamente en un laboratorio, para luego ser trasplantado.

Con este hallazgo, se abrió por primera vez la posibilidad de, eventualmente, crear una especie artificial, con toda la carga ética que eso implica. Grupos de científicos conservadores y el propio Vaticano pidieron entonces “cautela” ante el nuevo descubrimiento.

Desde el 2010, conseguir una célula con un número de genes inferior se convirtió en el principal objetivo de los genetistas.

Ahora, la novedad es que el número de genes imprescindible se ha reducido y hoy los científicos de Maryland proclamaron la creación de una célula con una cifra menor que cualquier célula autónoma automultiplicable que se pueda encontrar en la naturaleza.

En comparación, el genoma de la nueva célula artificial representaría menos del 2 por ciento de los genes que tiene un humano, que se calcula oscila entre 20 mil y 25 mil.

“Queremos entender cómo funcionan las células, así que las intentamos construir aún más simples que ninguna célula existente (en la naturaleza)”, comentó Hutchison.

Durante la investigación, los genetistas tuvieron que discernir, a base de pruebas, entre los genes estrictamente necesarios para la vida y los que, a pesar de desempeñar un papel fundamental en el crecimiento celular, no son imprescindibles.

En las pruebas de laboratorio, los científicos alteraron el orden de genes a lo largo de la secuencia genética con tal de interrumpir sus funciones originales y ver si la célula seguía funcionando.

Así, fueron “tallando”, como si de una pieza de vidrio se tratara, hasta obtener el genoma más pequeño posible. 

Este es un paso importante en la creación de una célula viva cuyo genoma está totalmente definido”, dijo Chris Voigt, biólogo del Instituto de Tecnología de Massachusetts  en Cambridge (noreste de Estados Unidos).

Sin embargo, añade el científico, queda por definir el papel de estos 149 genes de Syn 3.0 que permanecen desconocidos y que  prometen traer nueva información sobre la base biológica de la vida.

Esos rasgos tienen características severas en las personas diagnosticadas con algún transtorno del espectro autista, agrega el estudio a cargo de un equipo formado por la Universidad de Bristol, el Instituto Broad de Harvard, el Instituto Tecnológico del Massachusetts (MIT) y el Hospital General de esa ciudad.

Los TEA son un tipo de problemas del neurodesarrollo que afectan a uno de cada cien niños y se caracterizan por las dificultades en la interacción social, la comunicación y el lenguaje, además de comportamientos repetitivos.

Estos síntomas son fundamentales para diagnosticar un TEA, pero también se presentan, en diversos grados, en personas no aquejadas y forman un continuo del comportamiento subyacente.

Gracias a los recientes avances en secuenciación y análisis del genoma se está configurando una imagen del panorama genético de los transtornos del espectro autista.

Las investigaciones han demostrado que el mayor riesgo de sufrirlos es poligénica, pero algunos casos están asociados con raras variantes genéticas poco comunes, generalmente “de novo”.

“Ha habido cantidad de evidencias firmes, aunque indirectas, que han sugerido estos descubrimientos”, indicó el doctor Mark Daly, codirector de la Universidad Broad y autor principal del estudio.

Una vez que los expertos dispusieron de señales genéticas cuantificables -tanto del riesgo poligénico como de las mutaciones “de novo”  que se sabe que contribuyen a los TEA- llegaron a la conclusión de que “el riesgo genético que contribuye al autismo está en todos nosotros y que influye en nuestro comportamiento y comunicación social”.

Otro de los autores del estudio, la doctora Elise Robinson, del Hospital General de Massachusetts, indicó que ahora pueden usar datos de comportamiento y cognitivos en la población general para descubrir los mecanismos con los que funcionan los diversos riesgos genéticos.

Los expertos esperan que, en un futuro, este nuevo conocimiento pueda usarse para explorar las asociaciones entre el riesgo genético y los rasgos de comportamiento en otros desórdenes neuropsiquiátrico como la esquizofrenia.  

El llamado ADN “oscuro” o “basura”, aunque no codifique proteínas, parece que incide en la regulación de los genes cercanos al controlar o modular la expresión y también absorbe los cambios en el genoma y facilita la evolución, por lo que será más fácil estratificar pacientes de cáncer, es decir, saber qué tratamiento necesitan de acuerdo con sus características, según Di Croce.

El investigador recordó que, hasta ahora, se elegía el tratamiento que debía seguir un enfermo de cáncer al tener en cuenta el 2 por ciento del genoma que se consideraba útil porque codifica proteínas, y eso ha llevado a muchos fracasos.

En cambio, aseguró que si se considera el 98 por ciento restante, la estratificación de pacientes puede ser “mucho más exacta”  y el tratamiento más eficaz, y por lo tanto incidir en menos costes para el sistema sanitario.

Sobre todo, se podrá “reducir el impacto psicológico” y los “efectos colaterales”  sobre el cuerpo por recibir un tratamiento que no se ajusta exactamente a sus características.

Di Croce afirmó que los médicos están en el comienzo de “trasladar este hallazgo a la práctica”  y recordó que se está haciendo un “esfuerzo global”  por parte de laboratorios de todo el mundo para avanzar en esta cuestión; “hay que estudiar ese 98 por ciento, no se puede ignorar”, insistió.

El biólogo, que investiga los mecanismos epigenéticos implicados en la diferenciación de las células madre y en cáncer, dijo que la utilidad del 98 por ciento del genoma se ha pasado por alto durante tanto tiempo por culpa de la visión tradicional y “dogmática”  de la expresión de los genes.

El investigador consideró fundamental estudiar la epigenética, no sólo para avanzar en el conocimiento del cáncer sino también en otras patologías, desde la esquizofrenia hasta el Síndrome de Rett.