Hackean primera bacteria para producir proteínas

*El primer organismo semisintético estable produce una proteína fluorescente parcialmente artificial.
*Según describen en Nature, los investigadores han utilizado una bacteria con dos letras extra en su ADN que no existían en la naturaleza.

HIPERTEXTUAL.COM


Científicos del Instituto de Investigación Scripps de California (Estados Unidos) han utilizado el primer organismo semisintético estable creado en la historia para producir proteínas que no existían en la naturaleza. El equipo dirigido por Floyd Romesberg ha logrado hackear una bacteria que cuenta con dos bases o letras adicionales en su ADN, según explican en un artículo publicado en la revista Nature. El avance nos acerca un poco más hacia la posibilidad de crear vida artificial en el laboratorio, lo que permitiría mejorar el desarrollo de nuevos fármacos o biocombustibles.

El primer organismo semisintético con dos letras extra en su ADN ha servido para crear proteínas parcialmente artificiales
El microorganismo utilizado pertenece a la especie Escherichia coli y es exactamente igual que cualquier bacteria de este tipo en la naturaleza, con la salvedad de que cuenta con seis letras en su ADN. Los organismos vivos habitualmente presentan cuatro bases en su genoma (adenina, citosina, timina y guanina), pero el grupo de Romesberg consiguió hace tres años desarrollar un microbio semisintético estable con dos letras adicionales, según dieron a conocer por aquel entonces en un estudio publicado también en la revista Nature.

En la naturaleza, los seres vivos son capaces de leer las combinaciones de cuatro bases en el ADN para producir primero una segunda molécula, llamada ARN, a partir de la cual se generan proteínas. Este flujo de expresión génica ha sido alterado en el primer organismo semisintético de la historia, en el que los científicos de California han conseguido hackear la maquinaria de lectura para fabricar la proteína fluorescente verde (GFP, por sus siglas en inglés) con elementos sintéticos. Tal y como explican en su trabajo en Nature, los investigadores han demostrado que es posible incluir unas bases extra en el código genético para posteriormente interpretar de forma correcta esas letras artificiales.

La vida artificial, un poco más cerca

“Es un trabajo impresionante”, asegura a Hipertextual Víctor de Lorenzo, uno de los expertos más relevantes en el campo de la biología sintética. El investigador del Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC) explica que el equipo de Floyd Romesberg ha conseguido poner unas bases más en el código genético para posteriormente adaptar la maquinaria de lectura del ADN.

El objetivo es que la propia bacteria semisintética pueda interpretar esas letras nuevas y las transcriba a ARN y luego las traduzca a proteínas. “En cada paso hay elementos extraños”, comenta de Lorenzo, que destaca que los científicos inciden sobre los tres puntos del flujo de expresión génica.

Es la primera vez que se logra desarrollar proteínas artificiales interviniendo en todos los puntos del flujo de la expresión génica
“La gracia es que han adaptado las nuevas letras [en el ADN] para codificar aminoácidos artificiales, con lo que al final logran una proteína parcialmente artificial”, dice al otro lado del teléfono. De Lorenzo destaca que es la primera vez que se llevan las bases extra del código genético hasta una proteína real nueva.

Anteriores investigaciones sí habían logrado producir moléculas proteicas que no existen en la naturaleza; sin embargo, la diferencia es que las aproximaciones pasadas no actuaban sobre el propio ADN, sino sobre la ‘máquina de interpretación’ de las células. Ahora no han tenido que reasignar los codones de parada como se hacía antaño, sino que han desarrollado letras extra en el ADN para dar lugar a proteínas parcialmente sintéticas.

Escherichia coli
Crédito: Bill Kiosses/The Scripps Research Institute.
“Hay cuestiones conceptuales realmente interesantes: desde hace tiempo se defiende que las moléculas de la vida son de algún modo especiales y diferentes de otros tipos de moléculas —algo a menudo basado en la religión, pero que también sigue siendo común entre científicos, ya que parece que la biología es compleja y que la evolución las ha adaptado durante miles de millones de años.

Ahora hemos demostrado que esto podría ser falso”, explica el propio Floyd Romesberg a Hipertextual. “Las bases sintéticas funcionan en lo que podría decirse que es el proceso biológico más fundamental: el almacenamiento y la recuperación de la información [genética]. Además lo hacen sin puentes de hidrógeno, los enlaces en los que se basan las letras naturales [del ADN] para hacerlo. El estudio sugiere que el alfabeto genético no es la única solución posible, pero tampoco lo son los mecanismos y las fuerzas que intervienen”, resalta por correo electrónico.

“Desde hace tiempo se defiende que las moléculas de la vida son de algún modo especiales y diferentes de otros tipos de moléculas. Hemos demostrado que esto podría ser falso”, asegura Romesberg
Desde un punto de vista práctico, los investigadores cuentan ahora con la capacidad de fabricar proteínas con elementos llamados aminoácidos de origen sintético, lo que podría servir para diseñar moléculas con las funciones que interesaran en cada caso.

Floyd Romesberg cita como ejemplos el desarrollo de fármacos personalizados e incluso la producción de organismos semisintéticos que utilizaran proteínas artificiales para dotarse de nuevas funciones que no existan en la naturaleza.

“Nuestro trabajo ahora mismo está enfocado en aumentar el número de nuevos codones disponibles [los tripletes en los que se organiza el código genético], ya que el artículo habla de dos, pero podría haber 152 más posibles; utilizar organismos sintéticos para fabricar medicamentos de diseño, en colaboración con la empresa Synthorx [fundada por el propio Romesberg]; y por último, aplicar estas aproximaciones en organismos más complejos que las bacterias, las células eucariotas, incluyendo levaduras y células humanas”, explica.

bacterias
NIAID (Flickr)
Hacia el primer ser vivo con ADN completamente artificial

“Esto es un primer paso”, prosigue Víctor de Lorenzo, que apunta que la investigación podría intentar en el futuro crear ácidos nucleicos con las cuatro letras sintéticas, que no tengan nada que ver con el ADN que se encuentra de forma natural en los seres vivos. En el caso de que se cambiara por completo la composición química de la molécula que porta la información genética se abriría la puerta a ir un paso mucho más allá.

Hablaríamos de “una intervención humana muy considerable para hacer cosas que la evolución no ha inventado nunca”, en palabras del científico del Centro Nacional de Biotecnología.

Este tipo de intervenciones nos permitirán hacer cosas “que la evolución no ha inventado nunca”, explica Víctor de Lorenzo
Este tipo de organismos sintéticos, bastante alejados de la Bioquímica y la Genética molecular tradicionales, nos permitirían contar con una mayor seguridad en el hipotético caso de que los microorganismos fueran liberados al medio ambiente.

Según de Lorenzo, estas futuribles formas de vida nos ayudarían a generar una certeza de contención, es decir, contar con una seguridad absoluta de que ese organismo, en el caso de escaparse de forma hipotética al medio ambiente, no podría interaccionar con los seres vivos que se encuentran en el medio natural.

Es como si alguien se topara con un libro en chino, que al no saber leerlo ni interpretarlo, no provocaría ningún problema sea cual sea el mensaje que contuviera, comenta el experto a Hipertextual. Un paso más que podría incrementar la aceptación de la biología sintética en la sociedad, una disciplina que sin duda cuenta con un futuro prometedor.