Biología Sintética: ¿Jugando a ser dios?

Santiago Costas//

Imagina un futuro en el que los seres humanos han conseguido la inmunidad total frente a enfermedades como la malaria, el VIH o la tuberculosis, existen bacterias que generan electricidad, algas que producen biocombustibles y fármacos que se activan sólo cuando detectan la enfermedadNo sería extraño comenzar a leer un libro de ciencia ficción con este prólogo, pero no es de ciencia ficción de lo que estamos hablando, sino de Biología Sintética. Esta nueva rama de la Biología pretende llevar al límite los sistemas biológicos, utilizándolos como si fueran ordenadores que puedes reprogramar y dirigir para hacer una función concreta. Con bases en la ingeniería genética y valiéndose de ramas tan diversas como la informática o la física, el futuro de la Biología se sitúa en la síntesis de organismos a la carta. ¿Te atreves a jugar a ser dios?
Los primeros pasos ya eran de gigante

La Biología Sintética pretende explotar al máximo las cualidades de los sistemas biológicos, ya sean bacterias, plantas o tejidos de mamífero, aportándoles características extra que puedan emplearse en nuestro beneficio. Esta pretenciosa rama de la Biología se asienta en un conocimiento completo del comportamiento de la célula y de todos sus componentes, desde el núcleo, la torre de control celular con el valioso ADN, hasta los peones currantes por excelencia de la célula, las proteínas.

Esta rama de la ciencia busca la aplicación directa de todo este conocimiento y por ello el gran pilar o más bien el trampolín del que surgió es la Ingeniería Genética y su capacidad de poder manipular a nuestro antojo los procesos celulares usando modificaciones en el ADN.

ADN molecular. University of Michigan : https://www.flickr.com/photos/snre/6800805810/in/photostream/
ADN molecular. University of Michigan

Es otoño de 1972 y Hawaii acoge una conferencia sobre plásmidos bacterianos, unas moléculas de ADN que contienen algunas bacterias y les aportan ventajas extra sobre el resto. Entre caipiriñas y plásmidos, los investigadores Herbert Boyer y Standley Cohen, asistentes al congreso, se conocen y se ponen al día con sus descubrimientos; de este encuentro fortuito es de donde nace la tecnología del ADN recombinante que sienta las bases de la Ingeniería Genética para manipular el ADN.

La famosa hélice del ADN que hemos visto representar en tantas películas y series, en la mente de un biólogo tiende a reducirse a una mera secuencia de las 4 letras más famosas de la biología: A,G, C, T; adenina, guanina, citosina y timina.

Gracias a la evolución, miles y miles de estas letras se han ordenado para formar secuencias denominadas genes que guardan nuestra información genética y, junto con otros elementos, se emparejan entre sí y forman la doble hélice de ADN.

Pues bien, lo que estos dos investigadores vieron fue que con la puesta en común de sus descubrimientos se podían crear nuevas moléculas de ADN, es decir, secuencias de estas 4 bases que no existían antes en la naturaleza, al mezclar ADN de dos organismos distintos. A este nuevo ADN se le llamó ADN recombinante y al introducirlo en un organismo, ya sea una bacteria, una planta o un animal, se genera un organismo modificado genéticamente.

Secuencia de ADN en el Museo de Ciencia de Londres. John Goode https://www.flickr.com/photos/johnnieb/17200471/
Secuencia de ADN en el Museo de Ciencia de Londres. John Goode

Esta tecnología, que se ha vuelto rutinaria en casi cualquier laboratorio, se basa en el uso de unas proteínas que contienen las bacterias denominadas enzimas de restricción y que son capaces de cortar el ADN. Convertido en un juego de niños, el ADN se corta y se pega usando estas y otras proteínas para coger sólo los genes que nos interesan y juntarlos en una única molécula de ADN recombinante que no existía antes en la naturaleza.

Las bacterias fueron las primeras en probar esta mezcla de ADN y enseguida surgieron aquellas capaces de sintetizar insulina humana o la hormona del crecimiento, haciendo multimillonario al Dr. Cohen por el camino. La Ingeniería Genética dio pasos de gigante en pocos años y pronto se extendió a los organismos superiores como plantas y animales. Los alimentos y las plantas transgénicas despegaron por todo lo alto, al igual que la polémica contra ellas, y los animales modificados genéticamente se volvieron una herramienta clave en la investigación a todos los niveles.

En la entrada del siglo XXI, las tecnologías del ADN estaban tan establecidas en los laboratorios como los bajos sueldos de los becarios y la Biología Sintética pudo hacer su entrada triunfal por la gran pasarela roja.

Ordenadores, organismos y viceversa

La pretensión de la Biología Sintética de generar organismos completamente nuevos requería de técnicas que rozaban la ciencia ficción y no fue hasta entrado el siglo XXI, casi en la actualidad, cuando las herramientas estuvieron listas y el adjetivo que acompañaba a esta nueva rama de la Biología pasó de ser un rotundo imposiblea un sutil complicado”.

La Biología Sintética cosecha sus primeros hitos a manos de Craig Venter, principal impulsor de esta rama. Utilizando herramientas de biología de sistemas, Craig y su equipo consiguieron descifrar cuáles eran los elementos mínimos que necesitaba la bacteria Mycoplasma Genitalium para seguir siendo un ser vivo propiamente dicho. Puso a punto una técnica para poder introducir ADN de una especie en otra sin que la bacteria huésped liquidara ese material genético y en el año 2010, la revista Science publicó su hallazgo en su artículo titulado Creación de una célula bacteriana controlada por un genoma sintetizado químicamente”.

El logro de Venter y su equipo no hizo más que incentivar el uso de nuevas herramientas y técnicas para conseguir generar organismos a la carta. La Biología Sintética no tiene un fin en sí mismo; busca reprogramar a los organismos para realizar funciones totalmente diferentes que sean provechosas para el ser humano o para el medio ambiente.

Cada día surgen nuevas herramientas, cada cual más innovadora que la anterior, como por ejemplo el sistema de dos componentes que abrió vías sorprendentes de actuación para sistemas bacterianos. Este sistema incorpora una molécula sensora que se activa al reconocer un nutriente o un agente tóxico, y una molécula “actuadoraque realiza una determinada acción y que existe en las bacterias de forma natural para dirigir la bacteria y localizar nutrientes o evadir agentes tóxicos.

Usando varios de estos componentes de distintos organismos, es decir, cortando y pegando genes que codifican estos componentes y juntándolos en una o varias moléculas de ADN, se pueden generar organismos que sean capaces de reaccionar frente a tóxicos en las aguas u otros contaminantes y ofrezcan señales luminosas o eléctricas para alertarnos de esa presencia tóxica, lo que se conoce como biosensores.

Un paso más allá, muchos grupos de investigación buscan formas de generar organismos que sea capaces de degradar el petróleo y aprovecharlo como materia prima para generar otros productos de provecho. La batalla contra el cambio climático y otros desastres producidos por el hombre podrían encontrar una gran solución al utilizar estas herramientas.

Otra forma de utilizar los sistemas biológicos a nuestro favor consiste en crear rutas biosintéticas en su interior, que de manera química son más complejas y caras. Utilizando una batería de enzimas adecuadas, se pueden realizar las transformaciones químicas que se deseen y sobre todo, en el orden en que se desee en los llamados circuitos biosintéticos. De esta manera, las células se analizan como si fueran ordenadores, con pasos y puertas lógicas en los que los 0 y 1 no son más que genes que se activan o inactivan.

La industria farmacológica y plástica sigue dando saltos de alegría al oír hablar de esta tecnología. De esta manera, los fármacos pueden ser diseñados y, sobre todo, mejorados de manera sencilla y rápida por organismos biológicos que producen la sustancia que deseas en cantidades enormes; la síntesis de nuevos plásticos más ecológicos y utilizando materias primas distintas del petróleo podría liberar a la sociedad futura de la dependencia del petróleo.

Extracción de petróleo. Paul Lowry. https://www.flickr.com/photos/paul_lowry/2770193028/in/photolist-5dMXSL-d6Lpoy-d1pdYj-8Qt9W3-wsjhBK-7YjyRU-7JBmHH-8ajEZM-bp9nmx-83uVGS-fyfLJ5-5NFhTB-7Y6XVD-7ZFXmA-6HPouy-bCTPy1-6o2cnx-ipJFc-8ccTJV-37PeZu-2vAhTp-7Xf6ng-7Xf65z-AnK2KB-8ztJ5W-85pwUH-pdpBA8-oV9nTP-8GsZGy-dVnWU3-bvpN1s-8kjqMq-8gXXKS-cT8D2J-pvqXg-7WHPki-ainbZ-6q5MDF-8USgE6-y3BPrV-3DL4Q-wYiVGE-vkET51-8bpe5b-82VYAq-83tid7-krRLnG-8ccWZ4-pdZXc9-3att9n
Extracción de petróleo. Paul Lowry.
¿Jugando a ser dios?

Pero el alcance de la Biología Sintética es mucho mayor de lo que podemos imaginar. ¿Recordáis las famosas letras del ADN, A, C, G y T? Estas letras no son más que componentes químicos elegidos por la evolución para portar nuestra información genética, elementos que sean capaces de trasmitirse tras la división celular y puedan transformarse en información legible para la célula. Pero no son más que eso, moléculas químicas.

Este hecho bien era conocido por el grupo de Romserberg en San Diego, USA, y partiendo de estos sencillos axiomas fue capaz de generar otras 2 nuevas letras llamadas X e Y que actuaban como las naturales y eran capaces de trasmitirse a la descendencia. Consiguió expandir el código genético que compartimos los seres vivos abriendo una gran puerta a los fans de la Biología Sintética y los organismos sintéticos. Con nuevas letras en el ADN, podemos dotar a las células y organismos de nuevas funciones y con ellas, miles de nuevas aplicaciones que pueden revolucionar el futuro.

Pasando de puntillas por el límite del debate ético, las ventajas que puede ofrecer la Biología Sintética son increíbles. Las técnicas bien utilizadas pueden llevar la Biología al siguiente nivel, casi al roce de la ciencia ficción. Siempre y cuando se controle bien su intervención, tanto el ser humano como el medio ambiente se podrán beneficiar de todos estos adelantos y avanzar de manera conjunta hacia un futuro más sostenible.

La dependencia de los combustibles fósiles, la contaminación, fármacos con apenas efectos secundarios y vacunas más seguras pueden ser una realidadLas herramientas ya están puestas en juego, el límite simplemente está en nuestra imaginación.

Para saber más (con ética incluida):

https://biotechspain.com/es/tecnica.cfm?iid=1102tecnica

http://web.ing.puc.cl/~biomedicina/?p=201

http://www.comoves.unam.mx/numeros/articulo/140/biologia-sintetica-la-primera-celula-viva-artificial

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