Hace nueve años, los científicos estadounidenses dirigidos por el genetista Craig Venter anunciaron que habían creado el primer
Sin embargo, unos años más tarde, los científicos reconocieron queEl genoma de la bacteria no fue alterado radicalmente. A pesar de esto, el trabajo de los científicos marcó el comienzo de una nueva dirección en genética, que está comprometida en la creación de organismos con ADN completamente editado.
E. coli E. coli
Científicos deproyecto GP-write: ya han logrado crear copias artificiales de 2 de los 16 cromosomas que componen el genoma de una cepa de levadura de panadería. Pero el ADN del Mycoplasma mycoides contiene sólo 1,08 millones de pares de bases, mientras que los cromosomas de la levadura contienen menos de 1 millón. La E. coli con la que trabajaron los genetistas del Laboratorio de Biología Molecular del Consejo de Investigación Médica de Inglaterra en Cambridge contiene 4 millones de bases.
Investigadores dirigidos por el Dr. Jason Chinrompió estos 4 millones de bases de Escherichia coli en 37 fragmentos y los sintetizó. El espécimen resultante es similar a sus homólogos naturales, pero sobrevive gracias a un conjunto más pequeño de herramientas genéticas.
Qué es el ADN y por qué sintetizarlo.
En primer lugar, conviene entender qué es el ADN. Es el ácido desoxirribonucleico, que es el material hereditario de los humanos y de todos los organismos vivos.
Casi todas las células del cuerpo humano tienen una yEl mismo ADN. La mayor parte del ácido desoxirribonucleico se encuentra en el núcleo celular (se llama ADN nuclear), pero está presente en una pequeña cantidad en la mitocondria.
La información en el ADN se almacena como un código que consisteDe las cuatro bases químicas: adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T). El genoma humano consta de unos 3 mil millones de bases, y más del 99% de estas bases son las mismas para todas las personas. Su orden y secuencia determinan cómo se construye y mantiene el cuerpo, así como las letras del alfabeto se construyen en un cierto orden, formando palabras y oraciones.
Las bases del ADN se emparejan entre sí.por ejemplo, A con T y C con G para formar unidades llamadas pares de bases. Cada base también está unida a una molécula de azúcar y una molécula de fosfato. Juntos, la base, el azúcar y el fosfato se denominan nucleótidos.
Los nucleótidos están dispuestos en forma de dos largas hebras que forman una doble hélice; así es como estamos acostumbrados a pensar en el ADN.
ADN
La estructura de la doble hélice recuerda algo a una escalera: los pares de bases forman pasos, y las moléculas de azúcar y fosfato forman porciones laterales verticales.
ADN doblado en una célula contiene instruccionesNecesaria para su funcionamiento. Por ejemplo, cuando una célula necesita más proteína para crecer, lee el ADN que codifica la proteína deseada. Dichos compuestos se llaman codones y se escriben en tres letras, por ejemplo, TCG y TCA.
Casi todas las formas de vida, desde las medusas hasta los humanos,utiliza 64 codones. Pero muchos de ellos hacen el mismo trabajo o repiten funciones. Un total de 61 codones forman 20 aminoácidos naturales que se pueden unir como cuentas en un hilo para crear cualquier proteína en la naturaleza. Tres codones más actúan como una especie de freno: le indican a la célula cuándo la proteína está lista y debe dejar de producirla.
Los codones se utilizan para determinar los aminoácidos.constituyentes de las proteínas que producen. TCA, por ejemplo, define serina, que significa "sacar este aminoácido del caldo celular y unirlo a la proteína que produce la célula". AAG detecta lisina. TAA significa detener la adición de aminoácidos a la proteína en crecimiento. Pero AGT también significa serina, al igual que AGC, TCT, TCC y TCG. Si la naturaleza fuera eficiente, utilizaría 20 codones para 20 aminoácidos, más uno para "parar".
Los investigadores intentaron crear un organismo tan optimizado.
¿Qué hizo exactamente la genética?
Un grupo de científicos de Cambridge estudió todo elcódigo genético de la cepa de E. coli y analizó las funciones de todos los codones. Luego, los investigadores reemplazaron el codón de serina con AGC, cada TCA (también serina) con AGT y cada TAG (codón de parada) con TAA.
En total, contribuyeron al ADN de E. Coli 18 214 ediciones: el genoma resultante fue el bloque de ADN más grande jamás creado por fusión artificial. En el papel, la grabación del genoma editado parece que los investigadores decidieron reemplazar una palabra muy común en una copia digital de la novela Guerra y paz.
Sin embargo, el trabajo más difícil fue recogerCopia química del genoma reescrito e intercambiarlo por el original dentro de los organismos vivos. Este trabajo llevó a los científicos aproximadamente dos años: cuando cada fragmento sintético reemplazó el código original, los investigadores observaron si las bacterias funcionarían o morirían.
"Hay muchas maneras posibles de recodificargenoma, pero muchos de ellos son problemáticos: la célula muere. Por ejemplo, codones supuestamente sinónimos pueden producir diferentes cantidades de proteínas y, a veces, proteínas con características inesperadas que matan la célula".
Jason Chin, autor principal del estudio
Los investigadores han descubierto un esquema de recodificación.lo que permitió sustituir el código original por uno artificial y mantener viva a E. coli, a pesar de utilizar 59 codones en lugar de 61 para generar aminoácidos y dos en lugar de 3 codones para detener este proceso.
Así, los científicos lograron reducir el número.Codones del 64 al 61. Este es un nuevo registro: hasta ahora los genetistas lograron crear la bacteria Escherichia coli, que podría sobrevivir con solo 63 codones en lugar de 64.
¿A qué conducirá?
El propósito principal de crear un genoma editado -la capacidad de dar a los codones la capacidad de generar uno de los cientos de aminoácidos, además de 20, establecidos por la naturaleza. Esto permitirá sintetizar nuevas enzimas y otras proteínas.
"La naturaleza nos ha dado un conjunto limitado de enzimas,cuyas propiedades hemos aprendido a utilizar para realizar tareas complejas, que van desde la producción de queso y jugo de frutas hasta la fabricación de biocombustibles y la detección de marcadores en pruebas biológicas. Podemos hacer todo esto con un conjunto de 20 aminoácidos: imagine las oportunidades que podemos obtener al usar 22 o más aminoácidos ”, dijo Stat Ellis, un experto en biología sintética en el Imperial College de Londres.
Entre estas oportunidades se encuentra la creación de nuevosalimentos, la aparición de nuevas oportunidades para la industria y, lo más importante, la creación de bacterias resistentes a los virus. Esto permitirá a los farmacéuticos crear medicamentos que tratarán con mayor eficacia los virus y las bacterias.
¿El descubrimiento de los científicos brindó estas oportunidades? No. Pero ha logrado grandes avances en el intento de crear un genoma completamente sintético de un organismo vivo con funciones diferentes a las originales.
"Levantaron el campo de la genómica sintética en"El nuevo nivel, no solo recolecta con éxito el genoma sintético más grande jamás creado, sino que también le hace los mayores cambios", concluyó Alice en una entrevista con The Guardian.