Actualidades en Biología Sintética II

En un post de hace ya un año, hacía referencia a cinco frentes principales en los que la Biología Sintética ha ido desarrollándose: síntesis de DNA y vida sintética, partes biológicas estándar, expansión del código genético, circuitos genéticos sintéticos e ingeniería metabólica.


Dejando a un lado el ruido mediático, creo que, para tomar perspectiva y orientar mejor a quien se acerque hoy por primera vez a la Biología Sintética, sería bueno recapitular avances recientes en esos puntos.

Síntesis de DNA, vida sintética y genomas mínimos – actualmente, uno puede mandar genes por un costo que está alrededor de los $ 0.30 USD por par de bases. El hecho es muy sugestivo y puede dar lugar a la tentación de pensar que se han superado las limitantes impuestas por los protocolos de clonación clásicos. 

Nuevamente, hay que ser precavidos con el optimismo excesivo; al respecto ahondaré en la sección de circuitos genéticos sintéticos. Sin embargo, aquí me es más interesante comentar sobre avances en vida sintética y sobre la búsqueda de la célula mínima.

En el 2012, se publicó un reporte en el que se afirmaba que se había logrado sintetizar una molécula diferente al DNA capaz de transmitir información genética y de evolucionar. Vitor Pinheiro, del grupo de Philipp Holliger, había logrado cambiar la especificidad de unas polimerasas a través de evolución dirigida, para que en lugar de incorporar los nucleótidos típicos del DNA (adenina, timina, guanina y citosina), pudiera reconocer otras estructuras como sustrato. De esta manera, consiguió polimerizar moléculas que fueron denominadas “XNA” (ácidos xeno-nucleicos). Los comentarios sobre las implicaciones de este avance son interesantes: desde la generación de aptámeros que actúen como sensores o actuadores, hasta posibilidad de desarrollar nuevas maneras de modificar sistemas biológicols-e incluso organismos enteros- sin que el eventual escape del material genético represente un riesgo. Meses después, Pinheiro y Holliger publicaron una revisión sobre el trabajo en XNA y sus comentarios sobre potenciales aplicaciones en la generación de ligandos, catalizadores, biomateriales y sistemas genéticos alternativos a los basados en DNA y RNA.


En otra área de la investigación de vida sintética…
está la investigación para definir a la célula mínima universal, que 
resulta de especial interés para la construcción de sistemas biológicos sintéticos.


En un review publicado en el 2013, el Dr. Pasquale Stano y el Dr. Pier Luigi Luisi, de la Universidad de Roma, nos dan un excelente panorama de la investigación en materia de células mínimas semi-sintéticas. Los doctores Stano y Luisi abordan “la física de la encapsulación de solutos en liposomas, los intentos más recientes para construir una célula sintética que se reproduzca y el viraje de atención de un sólo compartimiento a una ‘colonia'”. 

El trabajo con comunidades de vesículas y sus interacciones seguramente dará lugar a experimentos y datos útiles para entender la evolución de este tipo de sistemas, como el trabajo del grupo de Yomo y Hanczyc, al que los doctores Stano y Luisi hacen referencia. 

Interesante también sería combinar la polimerización aleatoria de biomoléculas, alguna presión ambiental -es decir, algún esquema de evolución dirigida- y estos abordajes experimentales con comunidades de vesículas… y ¿porqué no?, sistemas genéticos alternativos, como los compuestos por XNA y otros polímeros.


Por otra parte, tocando el tema de los genomas mínimos,
ya en el 2010, veíamos la publicación del JCV Institute de la primera bacteria que poseía un genoma completamente sintético; el desarrollo fue presentado como una plataforma para el estudio de los genes esenciales. Sin embargo, los propios conceptos de “genes esenciales” y de “célula mínima universal” son ahora puestos en duda.

En una otra revisión, esta vez del 2012, el Dr. Carlos Acevedo Rocha y algunos de sus colegas nos hacen ver que los avances en la búsqueda de la “célula mínima universal” pueden no estar dirigiendo a ninguna parte. Al hacer notar que los estudios de genómica comparativa han reportado prácticamente la existencia de ningún gen esencial -en términos de genes ortólogos conservados- cuando mil genomas  son comparados y que los estudios que combinan datos experimentales con análisis in silico reportan resultados contrastantes.

Debido a que la esencialidad de un gen depende tanto de su contexto genómico (las interacciones con otros genes y los efectos de estas interacciones) y de su contexto ambiental (la presencia o ausencia, por ejemplo, de determinado aminoácido esencial), es probable que la búsqueda de un genoma mínimo universal resulte infructífera.

El Dr. Acevedo Rocha nos comenta al respecto en su review que para definir un “genoma mínimo” es más útil hablar de “genes persistentes”. 

Estos genes persistentes son aquellos que son compartidos entre un conjunto de determinados organismos y cuya función resulta tan fundamental que es muy probable encontrar en cada genoma al menos una familia de genes que cumplan con esa función.

El Dr. Acevedo Rocha y sus colegas luego nos definen los términos “cenoma” y “paleoma” a la luz del concepto de genes persistentes -lo hacen refiriéndose al caso de una especie bacteriana y sus diferentes cepas- y cómo se relacionan con los conceptos de pan-genoma y metagenoma.

La última figura del review es de especial interés, porque nos permite condensar lo que el Dr. Acevedo Rocha y sus colegas nos exponen en el texto: un mapa conceptual en el que conjunto mínimo de información genética necesaria para sustentar la vida sea definido por funciones génicas -no genes per se- y en el que las añadiduras a ese conjunto mínimo constituyen especializaciones adecuadas a determinados contextos ambientales.

Es probable que poco a poco dejemos de ver estudios enfocados a encontrar un set mínimo universal de genes y empecemos a ver otros que aborden y profundicen en los conceptos de genes persistentes y del “grado de esencialidad” de un gen en el marco de diferentes contextos ambientales y genómicos. 

MLS

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