Investigadores de la Universidad de Nueva York han sido capaces de crear pequeños fragmentos de ADN de la levadura de cerveza y unirlos para crear una versión sintética de un cromosoma (la estructura que contiene el DNA en el interior de las células). Lo que sin duda es un gran logro para la biología sintética, aunque años atrás los científicos habían creado cromosomas sintéticos de bacterias y virus, esta es la primera vez que se logra construir un cromosoma de un organismo eucariota, (cuyas células tienen un núcleo).

Según Jef Boeke, investigador de biología sintética del Centro Médico de Langone en la Universidad de Nueva York y jefe del equipo que realizó la investigación, lo más sorprendente es el hecho de haber podido editar la secuencia natural de un cromosoma y luego crearlo de forma artificial a partir del almidón.

Los humanos comenzaron a domesticar la levadura, que es un tipo de hongo, para producir vino y cerveza en la zona conocida como la Media luna fértil hace 4 000 años, y lo han seguido usando hasta nuestros días además de para fabricar pan, para crear vacunas, medicinas y biocombustibles, por lo que la posibilidad de crear levadura diseñada “a medida”, será una herramienta muy útil para la industria biotecnológica.

Construyendo la vida

Para crear el cromosoma artificial, Boeke y su equipo usaron un modelo computarizado para diseñar una versión modificada del cromosoma III de la levadura, llamado synIII, y luego incorporarlo a la levadura de cerveza (Saccharomyces cerevisiae). Los investigadores escogieron este cromosoma porque es uno de los más pequeños de los 16 que contiene la levadura y además por ser el encargado de controlar la reproducción y los cambios genéticos en estos organismos.

El lenguaje del ADN consiste en 4 letras, A, T, G Y C, las cuales forman vínculos llamados par de bases. El cromosoma synlll contiene 272 871 pares de bases, es decir unos 43 746 menos que la levadura natural, en la cual se basó la simulación. Aun así, ¡el equipo tardó 7 años! en ensamblar el cromosoma sintético a partir de piezas de ADN, la mayor parte de este trabajo fue realizado por estudiantes de pregrado de la Universidad Johns Hopkins como parte de un proyecto de clase, algunos de estos estudiantes continuaron con el proyecto y son ahora co-autores de este estudio.

El equipo de Boeke hizo más de 500 modificaciones al genoma original, eliminando secciones repetidas del llamado “ADN basura[1]” y los llamados genes saltarines[2], además de añadir etiquetas al ADN para poder diferenciar al nativo del sintético.

El cromosoma así creado fue extraordinariamente normal, según el profesor Boeke, su comportamiento resulto idéntico al de las células de levadura naturales.

Usando una técnica conocida como scrambling (mezcla) los científicos pudieron barajar los genes de la levadura de forma similar a un mazo de cartas o naipe, pudiendo crear millones y millones de diferentes mazos de cartas genéticas, las cuales podrán conferir a la levadura propiedades totalmente nuevas.

Nuevas terapias y productos

Según apunta Boeke, con este método se pueden crear cepas sintéticas de levadura para producir medicamentos excepcionales tales como la Artemisina (medicamento contra la malaria), o vacunas contra la hepatitis B. La levadura sintética también puede ser usada para la producción en masa de biocombustibles más eficientes como el alcohol, butanol o el biodiesel, lo cual permitirá librarnos de la economía basaba en el petróleo. Además de los usos prácticos mencionados, podrá ser usada para estudiar las funciones e interacciones de los diferentes genes y comprender cómo influyen las redes de genes en el comportamiento.

Ahora los investigadores planean sintetizar el genoma completo de la levadura, con sus 16 cromosomas de forma más rápida y barata.

Es cierto que este trabajo despertara recelos éticos, al crear genomas fabricados por el hombre, especialmente en organismos complejos como plantas o animales, pero lo cierto es que los humanos han venido diseñando plantas y animales miles de años atrás, desde que comenzaron criar animales y plantas de forma selectiva, hasta la fecha con la producción de especies transgénicas.

Actualmente el costo de sintetizar cromosomas es prohibitivamente alto, pero eso puede cambiar conforme la tecnología avanza, según Boeke primero se comenzará con el diseño de mini-cromosomas para crear terapias genéticas para tratar enfermedades, reemplazar genes defectuosos por otros funcionales, y eventualmente llegará el día en que seamos capaces de sintetizar el genoma de plantas y animales.

No cabe duda de que la ciencia nos llevará hasta donde nuestros sueños sean capaces de llegar.

http://www.nature.com/news/first-synthetic-yeast-chromosome-revealed-1.14941

[1] Aquel que no codifica proteínas, las moléculas encargadas de realizar las tareas vitales dentro de las células.

[2] Aquellos que se mueven aleatoriamente dentro de los cromosomas.