Biología sintética: ¿para qué construir un cromosoma en el laboratorio?

(O como explicar la
noticia a mi madre de 84 años)

Se ha hecho pública la noticia de que se ha construido el primer cromosoma sintético de un organismos
eucariota
. Están todos muy emocionados y dicen que esto es muy importante,
pero mi madre no entiende nada.


¿Qué es un organismo
eucariota?.
Según cómo sea las células de un ser vivo, los podemos
clasificar en dos tipos: los
procariotas,
que son células muy simples que carecen de núcleo y de orgánulos rodeados de
membrana, al que pertenecen las bacterias; y los
eucariotas o células con un núcleo bien diferenciado y mucho más
complejas, al que pertenecen las algas, los hongos, las plantas y los animales.
Tú mismo eres un eucariota formado por millones de células. Otro eucariota muy
sencillo formado por una sola célula es la
levadura
del pan, que también se utiliza para fabricar el vino y la cerveza, y que se
llama
Saccharomyces cerevisiae. Estos
experimentos del cromosoma sintético los han hecho con esta levadura.

Células de levadura Saccharomyces cerevisiae al micropscopio electrónico de barrido (SEM).


¿Qué es un
cromosoma?.
Todas las células tienen en su interior el ADN, que es la molécula donde está escondida en forma de un código “secreto”
de letras la información genética que controla el funcionamiento de la célula.
Es la información que se hereda y que transmitimos a nuestros descendientes.
Esa información está repartida en trocitos de ADN que se denominan genes. En
las células eucariotas, el ADN está en el núcleo. Esas moléculas de ADN son muy
largas y son como una madeja o maraña de hilos que se enrollan y se organizan
en lo que se denomina
cromosoma.
Cada ser vivo tiene un número determinado de cromosomas en sus células.
Nuestras células, por ejemplo, tienen 23 cromosomas, y la levadura
Saccharomyces cerevisiae tiene un total
de 16 cromosomas.


¿Y en qué consiste el
experimento que han hecho con la levadura?.
Pues le han quitado uno de sus
cromosomas y se lo han sustituido por otro

nuevo, que han fabricado artificialmente en el laboratorio. En concreto, de
los 16 cromosomas que tiene la levadura,
le
han cambiado el cromosoma nº 3
. Esto parece muy fácil, pero han tardado más
de siete años, han colaborado 16 laboratorios y más de 50 estudiantes.

Building the Ultimate Yeast Genome. E. Pennisi. Science 28 March 201414261429.

Ese cromosoma
artificial, ¿es igualito al natural, al que ya tenía la levadura?.
No, este
nuevo cromosoma artificial que han fabricado en el laboratorio
es más pequeñito: si el cromosoma
natural tenía un total de 316.667 letras, el artificial tiene 272.871, cerca de
50.000 cambios!. Le han quitado algunos trocitos que no tienen interés o que
pueden dar problemas (trozos sin información importante o que se pueden “mover”
de un sitio a otro del cromosoma), y además le han añadido otros para que
funcione mejor el cromosoma y para poderlo diferenciar fácilmente del natural.


¿Por qué tanta
emoción, si parece tan sencillo?.
Pues porque es la primera vez que se consigue en un organismo eucariota. Los
investigadores no sabían si al cambiarle de cromosoma, la levadura iba a
funcionar igual y parece que sí: la levadura con su nuevo cromosoma fabricado
en el laboratorio crece igualito o muy parecido a la levadura normal. Es decir,
que la levadura tolera bien ese cromosoma artificial. Algo parecido ya lo
habían hecho hace años con una bacteria, con un procariota, pero es más fácil,
solo tienen un cromosoma y mucho más pequeñito. Esta vez ha sido con un
cromosoma mucho más grande y en una célula mucho más compleja, la levadura.


Y esto, ¿para qué
sirve, hijo mío?.
(Esta es la pregunta que siempre me hace mi madre!). Si
conseguimos hacerlo con los 16 cromosomas, podemos reinventar o
rediseñar una levadura para que produzca lo
que nosotros queramos
. Imagínate que hagamos una levadura “sintética” que
produzca más y mejor cerveza, o medicamentos, biocombustibles, nuevos antibióticos,
… las posibilidades son infinitas. En el futuro, podremos hacer
una levadura “a la carta”. Además,
podemos manipular completamente su genoma y nos puede ayudar a
entender cómo funciona exactamente un
genoma
, cómo se controla una célula, algo que todavía hoy en día no somos
capaces de entender.


Algunos periódicos
dicen que esto es vida artificial, ¿es cierto?.
Estamos todavía muy lejos
de la vida artificial. Todavía no somos capaces de a partir de elementos
sencillos (carbono, nitrógeno, fósforo, oxígeno, …) sintetizar una célula
completa. Lo que se ha hecho es sintetizar un cromosoma y metérselo a una
célula ya existente. Esto
no es crear
vida artificial, aunque sea un gran avance
.


¿Y ya está, el
proyecto se acaba aquí?.
No, el proyecto pretende crear un genoma completo sintético de la levadura. Se ha denominado
proyecto 
Sc2.0,  Sc
es por Saccharomyces cerevisiae y
el 2.0 hace referencia a la versión 2 de un nuevo ser vivo.
Esto que acaban de publicar ahora es solo el comienzo. De momento han conseguido
sintetizar uno de los 16 cromosomas de la levadura. Otros cuatro están a punto
de completarse, siete se han comenzado a diseñar y con los otros cuatro
restantes todavía ni han comenzado. Es un proyecto muy ambicioso y apasionante
en el que participan grupos de investigación de EE.UU., China, Reino Unido,
Australia, Singapur, Francia y Alemania.

Total Synthesis of a Functional Designer Eukaryotic
Chromosome. Annaluru, N., et al. Science. March 27, 2014

DOI: 10.1126/science.1249252

9 Comments

  1. Muy bueno el resumen.
    Las dos modificaciones que más me han impactado son la inserción de secuencias de recombinación en torno a todos los genes y el reemplazo del codón de Stop TAA por TAG (si mal no recuerdo). Esto último implica la posibilidad futura de modificación del "código genético".

  2. Gracias por el comentario, Francesca. Tendremos levaduras "a la carta", una revolución de la biología sintética que supondrá seguro grandes posibilidades futuras para la biotecnología, biomedicina y salud, alimentación, energía, …. Apasionante!

  3. Cierto, es un gran avance. Tal y como se dice, las posibilidades a partir de este proyecto pueden ser infinitas en un futuro, pero creo que hay que establecer ciertos límites. Está bien crear una levadura a la carta que nos permita obtener una cantidad de recursos novedosos y beneficiosos pero desde mi punto de vista pienso que Sc 2.0 es muy parecido a la "vida artificial" y no hay problema mientras se respete la especie pero hay que tener en cuenta que si hablamos ahora de crear un organismo a la carta (en este caso la levadura), seguramente en unos años hablarán de modificar gallinas para obtener mejores huevos o modificar peces para obtener mejor calidad pero, ¿cómo podría acabar esto? ¿creando un mundo de nuevas especies artificiales solo para nuestro beneficio? Es un tema delicado que merece un amplio debate. Soy partidario de una modificación de microorganismos que sabemos que se pueden conseguir con facilidad y pensando bien todas las repercusiones que tendrá.
    Muchas gracias por el artículo tan interesante y su reflexión. Un saludo.

  4. wuao…..me eh quedado sorprendida sobre este tema, es muy interesante saber lo que puede hacer la ingeneria genetica…sorprendente!!!

  5. Leído el texto,me ha fascinado por lo que la investigación genética lleva a cabo y por lo mucho que hace por conocer los secretos de la vida.No puedo dejar de lado ,tras ver lo que se hace en los laboratorios,los grandes interrogantes metafísicos que abre a lo trascendente.Un saludo

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