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Descubriendo la Biología Sintética #YabberXDivulgame

“Vivir, errar, caer, intentar y, después, crear vida a partir de la vida” J. Joyce



¿Habéis oído alguna vez hablar de Biología Sintética? Quizá en televisión o en radio. Pero posiblemente no sabéis el inmenso potencial que esas dos palabras encierran. Intentaré explicaros, con unas pinceladas, qué es y en qué consiste.

El término biología sintética fue empleado por primera vez en 1912, cuando el biólogo francés Stéphane Leduc publicó “La biologie synthétique, étude de biophysique”.
Por aquel entonces, el conocimiento que se tenía sobre genética se reducía a los descubrimientos realizados por Gregor Mendel, de modo que hasta el completo descubrimiento de la estructura del ADN, en 1953, este campo de investigación permaneció latente a la espera de una base sólida sobre la que asentarse. Años más tarde, con el desarrollo de la tecnología del ADN recombinante, aprendimos a cortar fragmentos de ADN de su emplazamiento original en el genoma para pegarlos en vectores que nos permiten hacer millones de copias, que finalmente se pueden pasar de una especie a otra.
Después de 10.000 años de manipulación genética basada en la selección artificial, por fin teníamos todas las herramientas necesarias para acceder al genoma de millones de especies.



Desde entonces, hemos copiado y pegado fragmentos de ADN de un organismo a otro, secuenciado y sintetizado químicamente ADN con la finalidad de otorgar a ciertos organismos propiedades o características que originalmente no tienen. Todas estas técnicas forman el campo de la ingeniería genética y han permitido grandes avances, pero es tan amplio el abanico de posibilidades que, hace unos años, se hizo patente la necesidad de implementar algunos principios básicos de ingeniería que permitieran estandarizar la biología.

Así pues, se llegó a la conclusión de que era necesario recopilar, perfeccionar y reempaquetar el material genético de forma que fuera más sencillo y fiable utilizar la naturaleza en nuestro beneficio. Para ello, se empezó a utilizar el ADN como piezas de Lego, es decir, piezas estandarizadas capaces de ser combinadas entre sí, inspiradas en la naturaleza pero ausentes en la misma. De este modo surgió la Biología Sintética, un campo de investigación que combina la Biotecnología y la Ingeniería para diseñar y crear piezas biológicas estándar, llamadas BioBricks, que como las piezas Lego, se pueden ensamblar entre sí para obtener aquello que se necesite, por ejemplo degradar un contaminante o producir un antibiótico, o incluso ambas cosas a la vez.



Los conocimientos generados durante estos últimos 15 años, gracias a la biología sintética, son impresionantes y han dado lugar a grandes avances que a medio y largo plazo supondrán un aumento considerable en la calidad de vida. Ahora sí, preparaos para conocer las 5 claves de la Biología Sintética.


1. Su esencia: iGEM



iGEM (International Genetically Engineered Machine) es una competición internacional de equipos de estudiantes que trabajan durante aproximadamente 6 meses en biología sintética. En 2003, el MIT desarrolló un curso de un mes durante el cual los estudiantes diseñaban sistemas biológicos que permitieran a las células emitir luz. Al año siguiente pasó a ser una competición de verano entre 5 equipos, que fue creciendo y creciendo hasta reunir en 2015 a 280 equipos y más de 5000 estudiantes de todo el mundo.

iGEM es la prueba real de que la motivación mueve montañas. Estudiantes de 18-24 años, con más o menos conocimientos, aprenden juntos, día tras día, a trabajar en equipo, a buscar patrocinadores, a idear un proyecto de investigación de principio a fin. De este modo, cada año se llevan a cabo proyectos extraordinarios, con un presupuesto relativamente limitado. Además, iGEM favorece que estos equipos, una vez finalizada la competición, monten sus propias empresas.



2. El primer gran triunfo: la artemisinina



Equipos de investigación con más dinero, tiempo y experiencia que los equipos iGEM, son capaces de diseñar y programar células de forma sorprendente. Este es el caso del equipo de Jay Keasling (University of California), que ha construido y perfeccionado una nueva ruta metabólica en la levadura Saccharomyces cerevisiae, ensamblando 10 genes de tres organismos distintos para producir el fármaco contra la malaria denominado artemisinina, de modo que su producción sea tan económica como para tratar a 200 millones de personas al año.

Este proyecto empezó en el año 2003. Hasta entonces, la única fuente de artemisinina era la planta Artemisia annua, y el hecho de producir artemisinina usando microorganismos era 4 veces más rápido y abarataría costes. Durante 10 años se estudió cómo optimizar la producción a escala industrial, obteniéndose una producción de 60 toneladas al año, y finalmente en 2014 la empresa Sanofi sacó el fármaco a la venta.



3. El verdadero despegue: la terraformación



En 1961, Carl Sagan proponía el concepto de ingeniería planetaria. La ingeniería planetaria o terraformación es el nombre que recibe el proceso de inducir cambios físico-químicos en otros planetas con la finalidad de hacerlos habitables para el ser humano, por ejemplo, utilizando algas que absorban el CO2 presente en la atmósfera, reduciendo así la temperatura en la superficie del planeta hasta niveles habitables.

Existen muchos estudios teóricos sobre cómo afrontar este reto, pero desde hace años la NASA está dedicando muchos esfuerzos y cantidades desorbitadas de dinero para que la terraformación sea, algún día, real. Para ello, están diseñando sistemas muy completos basados en biología sintética, y por tanto, en microorganismos modificados genéticamente, para producir biocombustibles, biomateriales, medicamentos, alimentos y otros recursos que hagan sostenible la vida en Marte.



4. Su cara más vista: Craig Venter



Hace apenas un mes, Craig Venter volvía a salir en las portadas de periódicos y revistas: había creado la bacteria con el genoma más pequeño hasta el momento, solo 473 genes necesarios para vivir y reproducirse. Este descubrimiento es realmente importante, ya que ahora, añadiendo genes uno a uno será posible estudiar la función exacta de cada uno de ellos.

Además, en 2010, Craig Venter nos sedujo al conseguir crear, por primera vez en la historia, una célula que contenía únicamente ADN sintético procedente de otra célula. Su equipo sintetizó el genoma completo de la bacteria Mycoplasma mycoides y lo utilizó para reemplazar el genoma natural otra bacteria, Mycoplasma capricolum. La nueva especie bacteriana (Mycoplasma laboratorium) producía las proteínas correspondientes al genoma sintético, demostrando así hasta qué punto una célula se puede reprogramar.



5. La memoria más estable: el ADN



¿Cuándo fue la última vez que guardasteis fotos en un álbum? Los libros y la música ocupan cada vez menos espacio en nuestras estanterías porque los almacenamos de forma mucho más efectiva en dispositivos de pequeño tamaño, dispositivos cuya memoria es limitada y cuya vida útil raramente sobrepasa los 10 años.

Las moléculas de ADN, formadas por los nucleótidos adenina, timina, guanina y citosina, son moléculas muy estables, en las cuales se almacena toda la información genética de las especies. Desde hace años, varios equipos de investigación trabajan para usar los nucleótidos como lenguaje mediante el cual almacenar documentos, imágenes, audios y videos, consiguiendo hacer realidad el reto. A día de hoy el problema está en el coste que conlleva sintetizar ADN con la información deseada, y secuenciarlo después para leer esa información, pero sí que podríamos usarlo por ejemplo para almacenar documentos o archivos históricos que no se consultan con frecuencia pero que es necesario conservar.

Pero la capacidad memorística del ADN no acaba aquí, ya que también es posible almacenar información en el ADN de células vivas. En este caso, las aplicaciones son bastante distintas a las descritas en el párrafo anterior. Programar células para que almacenen determinada información es realmente útil para estudiar enfermedades como el cáncer, o el proceso por el cual las células y los organismos envejecemos. Por ejemplo, investigadores del grupo de Drew Endy (Stanford University), han sido capaces de contar cuantas veces se divide una célula, de modo que en el futuro se podrá “apagar” una célula antes de que esta se vuelva cancerosa.




Espero que este artículo os motive para seguir indagando acerca de la biología sintética y sus aplicaciones. Como habéis podido comprobar, gracias a ella muchas ideas que hace años eran impensables se han podido hacer realidad, y aunque queda mucho trabajo por hacer, y muchas mentes por convencer, si le damos buen uso al potencial que esconde ¡nos espera un futuro de lo más interesante! xD






Bibliografía general:
Cameron, D. et al. (2014). A brief history of synthetic biology.
Porcar, M. (2016) Synthetic Biology: from having fun to jumping the gun.

Artemisinina:
Ro, D. et al. (2006). Production of the antimalarial drug precursor artemisinic acid in engineered yeast.
Faurant, C. (2011) From bark to weed: The history of artemisinin.

Terraformación:
Menezes, A. et al. (2015). Grand challenges in space synthetic biology.

Mycoplasma laboratorium:
Gibson, D. et al. (2010). Creation of a bacterial cell controlled by a chemically synthesized genome.

Memoria:
Driscoll & Sleator (2013). Synthetic DNA The next generation of big data storage.
Bonnet, J. et al. (2012). Rewritable digital data storage in live cells via engineered control of recombination directionality.
Yazdi, S. et al. (2015). A rewritable, random-access DNA-based storage system.
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