La creació de vida sintètica ha fet un gran pas. El camí encara és immensament llarg, però per primer cop s’ha creat un organisme, una soca de llevat de cervesa (Saccharomyces cerevisiae) que sobreviu i es replica amb la meitat de l’ADN sintètic.

Fins ara, els científics havien generat genomes artificials de virus o bacteris, que són organismes procariotes, estructures genètiques simples amb un sol cromosoma que no tenen un nucli per subjectar-lo. En canvi, el llevat és un organisme eucariota, és a dir que té un nucli que, en el cas del llevat, conté 16 cromosomes. Les cèl·lules eucariotes guarden el material genètic al nucli i són la base d’organismes com els humans, els animals, les plantes i els fongs.

El treball de col·laboració ingent de més de 250 científics de laboratoris de tot el món s’ha publicat a les revistes Cell, Cell Mollecullar i Cell Genòmics en 10 estudis que recullen tots els passos i esculls que s’han superat. També la creació de noves tècniques per aconseguir sintetitzar el genoma del llevat i inserir-lo a la cèl·lula mantenint-ne la funcionalitat.

La clau de l’èxit va ser la creació d’un cromosoma sintètic per substituir un dels 16 que té el llevat. Després d’un procés laboriós d’hibridació i depuració, han pogut consolidar 8 cromosomes artificials, segons l’última publicació, conservant el creixement i funcionament de la cèl·lula al mateix nivell que la natural.

Una cadena d'ADN
Errors en la còpia de l’ADN poden comportar l’aparició de cèl·lules tumorals (Wikimedia Commons/CC BY-SA 4.0)

Tota aquesta investigació està impulsada pel projecte del genoma del llevat sintètic Sc2.0, que des de fa 15 anys intenta crear una soca de llevat totalment sintètic amb la convicció que, més enllà de la cervesa, pot tenir moltes altres aplicacions en la indústria i la medicina.

L’equip continua treballant per integrar els cromosomes restants en una cèl·lula del llevat i corregir qualsevol problema genòmic que sorgeixi. Jef Boeke, genetista de llevats de la Universitat de Nova York i cap de la investigació de Sc2.0, que va impulsar el 2006 aquest repte, espera arribar a tenir un llevat amb el genoma totalment sintètic d’aquí a un any. «És una fita en la qual hem estat treballant durant molt de temps», diu Boeke.

El desenvolupament de genomes sintètics pot millorar molts organismes que són crucials per a la indústria, l’agricultura i la medicina, explica: «El llevat, per exemple, no només manté les cerveseries i cellers en negoci, sinó que també produeix una varietat de productes químics i medicaments, inclosa la insulina. Amb un genoma sintètic es podran assolir solucions a reptes abans insolubles en medicina, medi ambient i bioenergia», diu Boeke.

Com ho han fet: el neocromosoma 17

Després de seqüenciar el genoma del llevat natural, que està organitzat en 16 cromosomes, els investigadors han volgut substituir-los –un per un– per un d’artificial. I han aconseguit introduir 8 cromosomes sintètics, la meitat de l’ADN, a la cèl·lula del llevat de cervesa.

Els investigadors van treballar en la creació dels cromosomes sintètics per separat, en 16 soques diferents amb quinze cromosomes naturals i un d’artificial en cadascuna.

Però un equip dirigit pel professor de genòmica sintètica, Yizhi «Patrick» Cai, de la Universitat de Manchester, director internacional del projecte, va crear un nou cromosoma 17 per allotjar-hi els 275 gens d’ARN de transferència (ARNt) del llevat (essencials per al desxifrat del codi genètic i la síntesi de proteïnes).

Cai es va adonar que l’ARNt «podia causar trencaments». Així que va aïllar aquests gens disruptius en un cromosoma nou a les cèl·lules del llevat. És el primer cromosoma artificial dissenyat des de zero, publica la Universitat de Manchester.

En un primer moment, aquest llevat podia sobreviure i créixer, però ho feia més lentament a causa d’errors genòmics. Un cop corregits, la soca va créixer tan ràpid com les naturals.

Equips separats van reunir cada cromosoma sintètic en una soca diferent de llevat. Mitjançant la hibridació, els científics van anar creuant aquestes soques i seleccionant els plançons que havien adquirit els cromosomes sintètics, fins a aconseguir consolidar una soca 8 cromosomes artificials complets.

Per què pot servir fer un llevat sintètic

Aquest equip internacional ha reescrit «el sistema operatiu del llevat», una fita que, segons el professor Cai, obra una nova era de l’enginyeria biològica: «Passar de retocar uns quants gens a construir genomes sencers».

«Els beneficis potencials d’aquesta investigació són universals: el factor limitant no és la tecnologia, sinó la nostra imaginació.»

Naixement d’una cèl·lula de llevat de cervesa (Creative Commons)

«Els llevats són un cavall de batalla comú dels processos biotecnològics industrials», diu la notícia de la Universitat de Manchester, ja que permeten produir productes químics valuosos de manera més eficient, econòmica i sostenible. Sovint s’utilitzen en la producció de biocombustibles, productes farmacèutics, sabors i fragàncies, així com en els processos de fermentació més coneguts de l’elaboració de pa i cervesa.

Ser capaç de reescriure un genoma del llevat des de zero podria fer que una soca sigui més forta, funcioni més de pressa, sigui més tolerant a les condicions adverses i sigui més productiva.

«L’objectiu general era construir un llevat que pogués ensenyar-nos una nova biologia», diu l’impulsor de Sc2.0, Jef Boeke, però «ara som molt a prop que es puguin fer coses que mai havíem vist abans». Com per exemple «en biomedecina els llevats es poden dissenyar per produir antibiòtics o vacunes o millorar l’eficiència de la producció de biocombustibles, o eines basades en llevats que eliminen els contaminants del sòl i l’aigua, o combatre la fam complementant l’alimentació del bestiar«, defensen des del projecte Sc2.0.
 

Entusiasme i prudència científica

L’entusiasme a la comunitat científica és proporcional a la prudència amb què s’ha rebut l’avenç. El professor de genòmica sintètica Ian Ehrenreich, de la Universitat del Sud de Califòrnia, diu que els investigadors ara «estan anant més enllà de la biologia descriptiva, cap a una biologia on entenem la vida construint-la». Ehrenreich diu que els resultats ofereixen «un sistema fantàstic per descobrir regles sobre com es combinen els elements d’ADN per produir un genoma funcional».  

Pel biòleg sintètic Paul Freemont, de l’Imperial College de Londres, la creació del neocromosoma artificial és «un tour de force».

D’altra banda, sense rebaixar la importància que aquesta fita té en el camp de l’enginyeria biològica sintètica ni el treball ingent que ha suposat, el catedràtic de Biologia de sistemes de la UPF, Jordi Garcia Ojaval, recorda que estem molt lluny encara de poder crear vida artificial.

«És important tenir en compte que, fins ara, no hem estat capaços de generar cèl·lules des de zero. Podem crear genomes artificials, però encara no podem crear vida artificial, ja que la unitat de la vida (la cèl·lula) encara està fora del nostre abast.»

El catedràtic de Bioquímica i Biologia Molecular de la Universitat de València, Juli Peretó, ha destacat «la tasca gairebé artesanal» d’aquest treball i el fet que s’han salvat esculls importants que «poden ser útils per a enginyeries futures dels cromosomes». Sobretot, el «neocromosoma» que «conté tots els ARN de transferència, cosa que no existeix a la natura», diu Peretó. «Demostra que es poden reubicar gens de manera dràstica sense afectar significativament la seva funció», afegeix.

Adverteix, però, que les etapes següents poden ser encara més difícils. «El que queda per fer pot ser encara molt més complicat, entre altres coses perquè hi ha una fracció significativa de gens del llevat dels quals se’n desconeix completament la funció. Això requerirà un esforç addicional enorme per poder arribar a un genoma complet artificial», destaca.

De moment, les portes a la genètica artificial ja estan obertes i el futur és una mica més a prop.

 

 

 



Source link

Publicaciones Similares

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *