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Imagen: César Mejías

La biología sintética podría curar el cáncer y crear nuevos antibióticos

Los científicos ya recitan el genoma humano de memoria, es más, ahora han empezado a escribirlo por sí mismos, creando circuitos genéticos sintéticos. ¿Para qué? ¡Para muchas cosas! Averígualo aquí.

Por María Jesús Martínez-Conde | 2018-03-08 | 12:09
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El objetivo ya no es leer ni editar el ADN, sino escribirlo.
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Hace más de tres décadas, por primera vez comenzó un gran proyecto para secuenciar el genoma humano; el sueño era algún día poder leer esas hélices de ADN -compuestas por cuatro nucleótidos que son los andamios de la codificación que da nacimiento a la vida- e interpretar la información para comprender mejor a todas las especies y a nosotros mismos. La técnica para descifrar los secretos tras esta estructura estaba desarrollada, sólo faltaba comenzar a “leer”.

En 2001, el Proyecto del Genoma Humano publicó sus resultados: había logrado descifrar el 90% de los tres mil millones de pares de bases en el genoma humano. El desafío acabó el año 2003, cuando por fin los científicos pudieron “leer el plan genético completo de la naturaleza para construir un ser humano”, según ellos mismos. Lo que significó que por fin pudimos comenzar a entender (aún falta mucho) el “instructivo” original que da nacimiento a una persona.

¿Y entonces qué? Los científicos iniciaron un nuevo desafío: poder editar esas secuencias con fines, por ejemplo, médicos. “Sumar, restar y, eventualmente, alterar el ADN cuando lo viéramos conveniente”, según explican en el Massachusetts Institute of Technology (MIT). Pero como el desarrollo de la ciencia va a la velocidad de la luz, ahora es posible aún más: el objetivo ya no es leer ni editar el ADN, sino escribirlo.

Se trata de la biología sintética, una nueva disciplina de la ciencia que, con ayuda de técnicas de la ingeniería e incluso de la computación, está creando biomoléculas y sistemas biológicos con fines muy diversos. En El Definido queremos mostrarles algunas de las últimas investigaciones al respecto.

¿Qué es la biología sintética?

El ADN codifica un conjunto de instrucciones que indican qué hacen y cómo se ven los organismos. Si bien el ser humano durante milenios ha alterado el código genético de animales y plantas (mediante la cría selectiva, por ejemplo), sólo en recientes años ha logrado manipularlo y, ahora, secuenciarlo desde cero. De esto último se trata la biología sintética.

Aunque no hay una sola definición para este concepto, la biología sintética podría entenderse como la aplicación de principios de ingeniería a los componentes fundamentales de la biología. Los científicos ahora son capaces de usar el lenguaje digital (computadores) y productos químicos, para diseñar organismos totalmente nuevos, que hagan cosas y luzcan como a ellos les parezca.

¡Tranquilos! No se trata de crear a Frankenstein, sino de desarrollar una disciplina con objetivos muy prácticos y útiles en nuestra vida diaria: conductores de electricidad, nuevos materiales, producción de medicamentos, tratamientos contra enfermedades, diagnóstico de enfermedades, producción de energía, y un gran etcétera.

La ventaja de este tipo de sistemas biológicos y biomoléculas, es que pueden ser controladas muy exitosamente por los científicos, respondiendo de manera eficaz a estímulos (químicos o lumínicos, por ejemplo).

El MIT cuenta con un Grupo de Biología Sintética que día a día desarrolla nuevas aplicaciones de la disciplina. A continuación les mostramos dos de sus últimos e innovadores estudios, más un tercero realizado por otras universidades.

“Encendiendo” la respuesta inmune contra el cáncer

Timothy Lu, profesor de ingeniería biológica, ingeniería eléctrica y ciencias de la computación en el MIT, ha desarrollado mediante el uso de la biología sintética, un circuito genético que activa el sistema inmune del cuerpo para atacar un tumor cancerígeno, cuando detecta signos de la enfermedad. Paren las antenas que esto no es simple.

La idea es impulsar la inmunoterapia, pero a partir de un tratamiento complementario. "Creemos que es necesario desarrollar inmunoterapias mucho más específicas, que funcionen localmente en el sitio del tumor, en lugar de intentar tratar el cuerpo de manera sistémica", señala.

El circuito genético que diseñaron, es capaz de distinguir una célula cancerosa de una no cancerosa, para enfocarse en ella de manera específica, sin dañar otras. Esto se logra basándose simplemente en sus diferencias de “expresión génica; la manera en que cada célula transforma la información codificada en sus nucleótidos (en su ARN), en proteínas para su desarrollo.

Así, utilizando un virus que no dañará al cuerpo, se envía este circuito genético sintético a la zona afectada por el cáncer. Al detectar estas proteínas, el circuito se activa y expresa otras proteínas diseñadas a dirigir el sistema inmune en su ataque a las células tumorales. Paralelamente, el sistema es capaz de inhibir los “frenos” que muchos cánceres ponen a la actuación de los linfocitos T, quienes juegan un papel crucial en la eliminación de los tumores.

La terapia ya ha sido probada para detectar cáncer de ovario y mamas en ratones. ¡Pero aún falta mucho por investigar!

Bacterias multicolores pintando cuadros

Esta investigación creó una verdadera “disco” para células con bolas de luces y todo, pero no precisamente con objetivos de diversión. Investigadores del MIT diseñaron la Escherichia coli, un tipo de bacteria que se encuentra en el intestino y puede producir infecciones, pero con visión multicolor, o sea que son capaces de distinguir los colores rojo, verde y azul (una visión RGB, como la de las pantallas).

Obviamente, esto no se queda en la anécdota de la hazaña, el fin es que las bacterias puedan desarrollar respuestas distintas de acuerdo al estímulo de color de la luz que se les muestra. Así, si se les pone luz roja, por ejemplo, sean capaces de expresar determinado gen que realiza una función que podría tener implicaciones en el desarrollo de nuevos medicamentos, creación de diversos materiales, generación de células que sean capaces de almacenar la energía solar, “autocurarse” o servir como sensores de diagnóstico de enfermedades (así de heavy).

Ese es el proyecto a largo plazo, pero por ahora los científicos se entretienen con su “disco” de Escherichia coli. Las han diseñado para, al momento de recibir la luz de determinado color dentro de su placa de cultivo, responder con la producción de un pigmento correspondiente a ese tono, tras 18 horas de exposición. Así, han creado verdaderos cuadros pintados con Escherichia coli de las temáticas más diversas. ¡Incluso hicieron a Mario Bros!

Noticias de la Ciencia

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Chris Voigt, profesor de ingeniería biológica del MIT, agrega: "es increíble cuando miras el mundo y ves todos los diferentes materiales que existen. La celulosa, las proteínas de la seda, los metales, los nanohilos y los materiales vivos, como los órganos, son todas cosas diferentes que obtenemos de las células que crecen con diferentes patrones. Puedes imaginarte usando diferentes colores de luz para decirles a las células cómo deberían crecer como parte de la construcción de ese material”.

Las bacterias podrían producir nuestros medicamentos

Investigadores de la Escuela de Ingeniería de Warwick y de la Universidad de Surre, han descubierto la manera de administrar de manera eficiente la distribución de los ribosomas dentro de la célula, para así poder producir medicamentos. “¡Más claro, por favor!”.

Los ribosomas son las “fábricas” de las células, son complejos de proteínas y ARN que están encargados de expresar, es decir ejecutar, la información que viene codificada en el genoma. O sea, los ribosomas sintetizan proteínas a partir de la información contenida en el ADN. Mantienen así a la célula viva y funcional.

Lo que hicieron estos científicos, fue agregar circuitos sintéticos a las células para hacer que sus ribosomas cumplan funciones “a medida”, como por ejemplo, programarlos para que produzcan nuevos antibióticos. El problema es que las células sólo tienen una cantidad finita de ribosomas, y el circuito sintético con la célula anfitriona compiten por ellos. Cuando uno vence, el otro puede morir.

En el estudio desarrollado, los investigadores lograron que los ribosomas puedan distribuirse de manera dinámica. Es decir, cuando el circuito sintético requiere de más “fábricas” para desarrollar medicamentos antibióticos (por ejemplo), la célula que lo acoge le asigna nuevos ribosomas, perdiéndolos para hacer funcionar su sistema propio, pero sin riesgo de muerte celular. Gracias a la programación de este circuito sintético, lograron que la célula original fuera, por decirlo de alguna manera, “más generosa”.

José Jiménez, profesor de Biología Sintética en la Facultad de Salud y Ciencias Médicas de la Universidad de Surre, dijo: "el objetivo final de la manipulación selectiva de funciones celulares, como la llevada a cabo en este proyecto, es comprender los principios fundamentales de la biología en sí. Al aprender cómo funcionan las células y poner a prueba las limitacionesbajo las cuales evolucionan, podemos encontrar formas eficientes de ingeniería para una amplia gama de aplicaciones en biotecnología".

Aunque algunas de estas aplicaciones de la biología sintética parezcan difíciles de comprender para nosotros, gente común y corriente, sus usos podrían sernos absolutamente útiles en nuestro día a día. Por ejemplo, si estos tres estudios evolucionan, podría crearse un tratamiento eficaz en contra del cáncer de útero, crear diversos materiales de manera relativamente simple o desarrollar sistemas biológicos capaces de sintetizar antibióticos.

¿Conoces otros estudios sobre biología sintética?

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