Archivo de la categoría: BIOTECNOLOGIA

PlasmidLab: entusiasmo joven por la biotecnología

PlasmidLab es uno de los grupos de jóvenes biotecnólogos de más reciente formación en México. Nacido a partir de la iniciativa de estudiantes y profesores de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Autónoma de Yucatán, este grupo tiene la misión de dar a conocer el potencial que la biotecnología tiene para esta región de México.

Emanuel Flores, 9no semestre de ingeniería en biotecnología, UADY, y miembro fundador del grupo, nos comentó en entrevista que PlasmidLab pretende acercarse a diferentes sectores de la sociedad —tanto a especialistas como al público en general— a través de talleres, seminarios y conferencias. En cuanto a las actividades con estudiantes de licenciatura, en palabras de Emanuel Torres: “PlasmidLab pretende ofrecer la oportunidad para que estos estudiantes tengan el know-how para irse a posgrado o a la industria”.

PlasmidLab tiene claro que la península de Yucatán es una zona privilegiada en cuanto rescursos naturales que deben aprovecharse y protegerse de manera sustentable y en la que deben participar tanto académicos como la sociedad en general. Uno de los objetivos del grupo es fomentar la ciencia ciudadana (citizen science) en la región.

Recientemente, en colaboración con FabLab Yucatán, el grupo organizó el “Primer Taller de Biología de Sistemas: Introducción a la Reconstrucción Metabólica” que tuvo un formato estudiante-a-estudiante. Al taller asistieron alrededor de 30 personas, principalmente estudiantes de ingeniería en biotecnología, quienes escucharon a dos de sus compañeros compartir sus experiencias en una charla y un taller teórico-práctico. La charla estuvo a cargo de Emanuel Flores, quien expuso el proyecto de PlasmidLab, mientras que el taller teórico-práctico fue impartido por Diego Tec Campos, 9no semestre de la ingeniería en biotecnología, UADY, y trató sobre reconstrucción de redes metabólicas.

El grupo tiene en planes otros talleres y charlas, entre los que se encuentran: introducción a Linux, RNAseq, modelado matemático de circuitos biológicos y microfluídica. Sigue a PlasmidLab en Facebook (@plasmidlab).

1er Coloquio de Biomatemáticas Computacionales , FES Acatlán, UNAM

El pasado 3 de octubre de 2014 se llevó a cabo el primer Coloquio de Biomatemáticas Computacionales en la Facultad de Estudios Superiores Acatlán de la Universidad Nacional Autónoma de México. El evento reunió a varios investigadores que utilizan tanto a la biología como a las matemáticas y a la computación en sus trabajos. La gran mayoría de los asistentes fueron alumnos de la carrera de Matemáticas Aplicadas de FES Acatlán, pues el departamento de matemáticas computacionales de dicha carrera organizó el evento junto con alumnos de Facultad de Ciencias de la UNAM. En las pláticas se abarcaron temas desde “La necesidad de herramientas matemáticas y de cómputo en biología” hasta fractales y cómputo no convencional.

Ricardo Munguía Díaz señaló que la noción del “cuenta-patas” es errónea. Es decir, muchas veces la gente piensa que un biólogo no necesita de capacidades analíticas y se dedica solamente a describir lo que observa; sin embargo, en biología desde hace mucho tiempo las matemáticas han sido necesarias. Entre los ejemplos que dio se encuentran los siguientes:

-Darwin y Malthus. Algunos de los postulados de Darwin se derivan de la ley de Malthus

Ley de Malthus: La población crece más rápido que la cantidad de recursos. Tomado de https://synbiomx.files.wordpress.com/2014/12/2e485-teor25eda2520de2520malthus.jpg

-Mendel y la genética.

Segunda ley de Mendel. Tomado de https://synbiomx.files.wordpress.com/2014/12/b8089-225c225aaley.png

-Genética de poblaciones: equilibrio Hardy-Weinberg. Las frecuencias de los alelos y de los genotipos en una población no cambian bajo ciertos supuestos.


Equilibrio Hardy-Weinberg. Tomado de http://pendientedemigracion.ucm.es/info/genetica/grupod/Genetica%20evolutiva/Hardy%20Weinberg/frecuencias%20genotipicas.gif

Finalmente, mostró las predicciones de un modelo depredador-presa con el ejemplo de las ovejas, el pasto y los lobos.

ovejas

El Dr. Sergio Víctor Chapara Vergara señaló la importancia de las bases de datos biológicas con el ejemplo de la Base de Datos de la Colección Nacional Microbiana CDBB-500, la cual ya se encuentra desde 2012 en la Strain International Info (http://www.straininfo.net/). Cabe señalar que actualmente la base de datos se llama “Colección Nacional Mexicana de Cepas Microbianas” (http://micro500.cs.cinvestav.mx/micro500class/).

CDBB

El Dr. Pablo Padilla Longoria habló del papel que tienen los modelos matemáticos en ciencias de la vida e hizo especial énfasis en que los modelos no son razonamientos circulares. Mencionó ejemplos como:
-La administración del agua en Morelia se puede abstraer como un problema de teoría de juegos, pues se trata de manejo de conflictos y cooperación.
-La secuencia temporal de la formación de órganos florales en Arabidopsis thaliana puede modelarse de manera booleana, donde el estado de cada gen es “encendido” o “apagado”.

paisajeABC

Secuencia de la formación de los órganos florales en A. thaliana. Tomado de E.R. Alvarez-Buylla et al. Seminars in Cell & Developmental Biology 21 (2010) 108–117.

El Lic. Mario Sánchez Domínguez trató el tema de rutas metabólicas y ecuaciones de Michaelis-Menten, pues dicha representación describe matemáticamente la interacción entre la enzima y el sustrato permitiendo así entender qué inhibe y qué activa la producción en la reacción.

Cinética Michaelis-Menten. Tomado de http://perso.wanadoo.es/sancayetano2000/biologia/images/Cinenzima.gif

Diana Rivera Segundo habló de fractales y de su interpretación como redes eléctricas. Cabe destacar que un fractal es una estructura autosimilar, en la que se repite un patrón.

Brócoli romanesco, un vegetal fractal. Tomado de https://www.fourmilab.ch/images/Romanesco/images/Lcr1.jpg

Cristian Josué Delgado Guzmán expuso sobre cómputo no-convencional. Dio una amplia gama de ejemplos, entre ellos el caso de unas bacterias que resuelven caminos Hamiltonianos. Dicho problema consiste en saber si hay un recorrido que pase por todos los nodos una sola vez en una gráfica dirigida. El ejemplo más conocido es el de los puentes de Könisberg, en el que la pregunta consistía en si era posible visitar todos los puentes de la ciudad caminando una sola vez por cada uno de ellos. En el caso de las bacterias, el problema fue representado con fragmentos de proteínas fluorescentes y una recombinasa.

zurich_hamilton

La solución al problema es representada por el fenotipo de colonia amarilla. Tomado de Baumgardner et al, Journal of Biological Engineering 2009, 3:11

En conclusión, en este coloquio se habló de la importancia de la interdisciplinariedad para poder llevar a cabo investigación en el campo de biología. La biología sintética es un claro ejemplo de lo que se puede lograr cuando se juntan áreas como la biología, las matemáticas y la computación, y su mención no faltó en este evento. Además, coloquios como éste le muestran a los alumnos la amplia gama de campos en los que pueden aplicar sus conocimientos.

gente2gente1

 

Imagen principal tomada de https://www.facebook.com/Biomatefes

Cápsula biotecnológica: ingeniería de arqueas

[…]en comparación con los organismos típicamente empleados, [los organimos hipertermófilos] pueden crecer a temperaturas que “reducen el riesgo de contaminación, tienen tasas de difusión más altas y costos de enfriamiento y destilación más bajos”.

El mantenimiento de la temperatura en los bioprocesos para producción de alcoholes (biocombustibles) es costoso, pero así como en el caso de las polimerasas para PCR, el uso de microorganismos hipertermófilos promete ser una solución, aunque existe una limitante importante: la manipulación genética de este tipo de organismos no es sencilla.

Uno de los grupos que actualmente trabajan para “domar” genéticamente a este tipo de microorganismos, específicamente a Pyrococcus furiosus, es el grupo del Prof. Michael Adams de la Universidad de Georgia.

Entre los avances del grupo se encuentran un switch de shock frío para P. furiosus que es activado a 72°C (Basen, Sun y Adams, 2012) y que recientemente utilizaron para un proyecto todavía más ambicioso: producir etanol y otros alcoholes usando monóxido de carbono como fuente de agentes reductores.

En un reporte de diciembre de 2014 en el PNAS, el Dr. Basen (miembro del grupo del Prof. Adams) y sus colaboradores describen cómo lograron insertar en P. furiosus una enzima alcohol deshidrogenasa (AdhA) procedente de Thermoanaerobacter cepa X514. Los investigadores reportan que con esta cepa obtuvieron etanol a una concentración mayor que 20 mM en cuatro días usando celobiosa como fuente de carbono; además, demostraron que usando los ácidos orgánicos correspondientes, su cepa de P. furiosus (que nombraron cepa A) produce propanol, isobutanol, 1-pentanol, isoamylalcohol, 1-hexanol y feniletanol, probablemente a través de la actividad de la enzima aldehído ferredoxina oxidorreductasa (AOR).

Para que esta cepa pudiera utilizar al monóxido de carbono como fuente de agentes reductores, los investigadores insertaron un complejo CODH (deshidrogenasa de monóxido de carbono/hidrogenasa unida a la membrana) procedente de Thermococcus onnurineus en la cepa de P. furiosus que produce alcohol. Usando maltosa como fuente de carbono y en presencia de monóxido de carbono e isobutirato, la cepa A/Codh produjo 70 mM de isobutanol en poco más de tres días.

Los resultados presentados por el Dr. Basen y sus colaboradores son una muestra de la capacidad de los organismos hipertermófilos para ser aplicados en fermentaciones a nivel industrial, pues en comparación con los organismos típicamente empleados, pueden crecer a temperaturas que “reducen el riesgo de contaminación, tienen tasas de difusión más altas y costos de enfriamiento y destilación más bajos”. Los microorganismos como P. furiosus A/Codh podrían utilizar syngas (mezcla monóxido y dióxido de carbono e hidrógeno) para producir alcoholes.

En su estudio, el Dr. Basen y sus colaboradores obtuvieron además nuevos datos sobre la ruta biosintética de acetaldehído en P. furiosus y las implicaciones que esta ruta podría tener en la historia evolutiva de estos organismos. Sus resultados indican que el acetaldehído que se necesita para la formación de etanol es producido a través de la reducción de acetato por la AOR y no a partir de piruvato. Se hipotetiza que la AOR normalmente se deshace de los aldehídos tóxicos y además su reacción inversa ha sido observada in vitro. Dado a que la AOR utiliza diferentes sustratos, probablemente está involucrada en la reducción de ácidos orgánicos a su aldehído correspondiente. Esta ruta que involucra a la AOR pudo haber estado involucrada en los procesos metabólicos que utilizaban al monóxido de carbono y los ácidos orgánicos que eran abundantes en las ventilas hidrotermales de la tierra temprana.

Cápsula biotecnológica: memoria análoga en poblaciones de bacterias

Este Noviembre fue publicado en la revista Science un artículo por Fahim Farzadfard y Timothy K. Lu (MIT) en la que los investigadores reportan cómo hicieron para grabar información análoga en el genoma de una población de bacterias. Este desarrollo tiene el potencial de ser aplicado y extendido en múltiples áreas de las ciencias biológicas y como fuente de ssDNA para nanotecnología.

Esta “grabadora genómica” puede escribir y reescribir la información proveniente de un estímulo externo a una escala de días (los experimentos tuvieron lugar en un lapso e 12 días) y se basa en la actividad de la recombinasa Beta del bacteriófago lambda y en la actividad de los retrones.

Retrones y msDNA

Ya se había demostrado que la recombinasa Beta puede insertar oligonucleótidos sintéticos (ssDNA o DNA de una sola hebra) en sitios genómicos específicos. Pero, ¿qué tal si fuera posible utilizar alguno de los ssDNA que son producidos dentro de la misma célula? Y todavía más interesante, ¿qué tal si se pudiera regular la producción de un ssDNA en específico y usarlo para insertarlo con la recombinasa Beta en una región genómica de nuestro interés? Una fuente potencial para este ssDNA son los retrones.

Los retrones son secuencias codifican para un tipo de transcriptasa reversa (RT) y dos secuencias conocidas como msdmsr. Estos elementos genéticos se encuentran ampliamente distribuidos entre las bacterias y están asociados a DNA fágico. La RT de los retrones es capaz de producir una clase especial de híbrido ssDNA-RNA conocido como msDNA (multicopy single-stranded DNA).

El mecanismo por el que se produce msDNA inicia con la transcripción de un mRNA a partir del locus completo del retrón, el cual incluye a las secuencias msd msr, además de dos secuencias de repeticiones invertidas que flanquean a la región msd-msr que están involucradas en el plegamiento del mRNA. Una vez que el transcrito se encuentra en la conformación secundaria adecuada, la región msr le sirve a la enzima RT como primer y la región msd como templado.

En especifico, la RT cataliza un enlace no-típico 2′-5′ entre un residuo de guanosina del mRNA y la cadena naciente de cDNA. La reacción se detiene antes de llegar al término del mRNA, dando como resultado un conjugado de ssDNA y RNA.

Grabando y leyendo información en poblaciones de bacterias

Farzadfard y Lu demostraron que es posible modificar la secuencia msd de los retrones de tal manera que el msDNA producido puede tener una secuencia arbitraria para insertarse por recombinación a una región de nuestro interés en el genoma de una bacteria. En sus experimentos, los investigadores usaron a la bacteria modeo Escherichia coli DH5-alfa y eligieron los loci correspondientes a los genes marcadores kanR y galK.

Los investigadores hicieron varios experimentos en los que pusieron la expresión de la recombinasa Beta y el retrón artificial bajo el control de diferentes inputs externos (luz o inductores químicos). También usaron diferentes topologías de circuitos genéticos que tienen como output la represión o producción de kanR  (para uno de sus experimentos también utilizaron galK, pero nos referiremos solamente a kanR como ejemplo).

En principio, el número de eventos de recombinación en una población de bacterias deberá ser proporcional a la concentración del input externo y el tiempo de exposición. Estos eventos de recombinación pueden ser medidos como el número de colonias que expresan el gen marcador kanR. Y notablemente, es posible revertir estos eventos usando un msd diferente. Es decir, es posible grabar y reescribir la información codificada en el genoma de las bacterias de una población.

En su publicación, los investigadores presentan datos sobre la relación que existe entre la frecuencia de recombinación (el número de células resistentes a kanamicina divida porel número de células viables) y la concentración y el tiempo de exposición al input externo. Consecuentemente, llamaron a esta estrategia SCRIBE, que por sus siglas en Inglés quiere decirgrabadoras celulares sintéticas que integran eventos celulares”.

Abriendo nuevos horizontes

En su publicación y en una entrevista publicada en MIT News, los autores mencionan aplicaciones para biosensores intracelulares (utilizando promotores asociados a eventos elulres nativos) y de otros estímulos externos (contaminantes o marcadores biológicos de relevancia clínica, por ejemplo), para evolución dirigida (usando RTs y RNA polimerasas susceptibles a errores) y, en general, como una fuente de ssDNA para aplicaciones en nanotecnología.

Sin embargo, hacen también notar que la grabación y lectura de información ocurre a nivel poblacional y no a nivel de una sola célula, y que otras recombinasas sitio-específicas pudieran también ser usadas si tuvieran una tasa de recombinación intermedia como la de SCRIBE (10-4 eventos por generación) y que se necesita investigar más el mecanismo por el cual el msDNA es recombinado dentro del DNA genómico.

Perspectivas para la Biología Sintética

En el periodo que va de Abril del 2011 a Junio del 2012 tuvieron lugar tres simposios sobre biología sintética en los que participaron seis organizaciones académicas de Estados Unidos, Reino Unido y China. Durante los simposios, se abordó la situación actual de la biología sintética y la postura de organizaciones y del gobierno de dichos países, así como los retos, oportunidades y los planes para el desarrollo del área.

Estos tres países se encuentran entre los líderes de la avanzada de la biología sintética en la academia y la industria y las medidas tomadas por ellos pueden servir de modelo para que otros países y organizaciones internacionales aumenten su competitividad.

Recomendamos leer el sumario completo del simposio. A continuación presentamos algunos puntos destacados que se comentaron en él (hay que seguir la advertencia que hacen los autores del reporte de que las aseveraciones hechas no necesariamente representan la opinión de todos los participantes del simposio, los organizadores y las Academias Nacionales de Estados Unidos):

  • La biología sintética es una nueva manera de abordar al estudio de la biología en la que convergen otras disciplinas, especialmente la ingeniería, las ciencias computacionales y las tecnologías de la información. Se distingue de los abordajes a la biología tradicionales por su énfasis en la simplificación y la abstracción.
  • Retos y oportunidades:

    1. Existen grandes retos técnicos para la biología sintética: la gran complejidad e impredecibilidad de los sistemas biológicos, la fidelidad de operación de las partes biológicas y estándares para medición.
    2. Los beneficios inmediatos de la investigación biología sintética están en las herramientas aportadas a la investigación básica.
    3. La industria se ha mostrado dispuesta a invertir en bioproductos modificados y la manufactura biológica. Se estima que en Estados Unidos las ganancias de los productos biológicos alcanzó los 300 mil millones de dólares en el 2010.
    4. A pesar de los retos, hay expectativas positivas a 5, 10 y 20-30 años. Destaca el impacto que se espera en la producción de químicos.
    5. Debido al ritmo acelerado de avance, los marcos regulatorios pueden quedar obsoletos; un acercamiento temprano con entidades regulatorias es recomendado.
    6. Existen grandes retos para la propiedad intelectual y el balance entre los efectos positivos y negativos del sistema de patentes. En el reporte del simposio, se ofrecen diferentes alternativas como solución.
    7. Se debe continuar el acercamiento al público, recibir su opinión y mantener la discusión sobre temas éticos y de bioseguridad.
  • Caminos a tomar:

    1. China se ha propuesto objetivos estratégicos para la biología sintética a 5, 10 y 20 años. En los objetivos se menciona la creación de bases de datos y herramientas de diseño para partes biológicas, se hace énfasis en la producción de químicos, biomateriales, fármacos, partes para plantas, fijación de nitrógeno y eventualmente aplicaciones clínicas.
    2. La inversión en biología sintética alcanza los 260 millones de yuanes por año en China y en Estados Unidos alcanza los 140 millones de dólares por año. Reino Unido se dispone a invertir 56 millones de libras de fondos públicos.
    3. Según Jetta Wong, parte del staff del Comité de Ciencia, Espacio y Tecnología de la Casa de Representantes de Estados Unidos, luego del reporte Una Nueva Biología para el Siglo XXI, la Casa de Representantes incluyó provisiones referentes a biología sintética en el Acta de Competencia de la Manufactura.
    4. La OCDE se ha involucrado activamente en la discusión del potencial económico de la biología sintética. Destaca su Simposio sobre las Oportunidades y Retos en el Campo Emergente de la Biología Sintética de Julio del 2009, en el que se habló, entre otros asuntos, de la innovación en biología sintética, inversión, necesidades de la industria y la academia, governanza y participación pública.

iGEM en Latinoamérica: UNAM Genomics

Uno de los equipos Latinoamericanos de iGEM que ha participado desde los primeros años en que la competencia se volvió internacional es el equipo que organizan en la Licenciatura de Ciencias Genómicas de la UNAM. Este año, trece estudiantes y cinco instructores se preparan para desarrollar un proyecto relacionado con Biología Sintética que habrán de presentar en el Giant Jamboree del iGEM que tendrá lugar del 30 de Octubre al 3 de Noviembre en la ciudad de Boston, Massachusetts, EE.UU.

El estudiante Carlos Estefano Reyna Blanco nos comenta: “mis expectativas son muy altas, en primera sé que nuestra participación en esta clase de concursos nos hará formarnos con un perfil más integrativo [sic]. iGEM ofrece la oportunidad a los jóvenes de acercarse mucho más a la ciencia, no sólo refiriéndome a la parte teórica sino [también] práctica y social”. La estudiante María Fernanda Martínez Reza agrega: “[…] Espero tener la oportunidad de enfrentarme a los problemas que supone organizar y sacar adelante un proyecto de investigación propio, poniendo en práctica los conocimientos aprendidos en el aula para lograrlo. Así como también espero conocer muchas personas provenientes de los más diversos confines del mundo, unidas con el único propósito de cultivar un sentimiento común de compromiso con la ciencia y la humanidad.”

Tanto para Carlos Estefano como para María Fernanda y sus compañeros de equipo, las expectativas con respecto a la competencia iGEM se centran en las oportunidades para aprender, conocer y desarrollar habilidades, lo que va de la mano de los objetivos didácticos de sus instructores. José Antonio Alonso Pavón, instructor del equipo, comenta al respecto: “iGEM es una plataforma en la cual los estudiantes pueden explorar en una etapa muy temprana sus preferencias, poner a prueba sus habilidades en un laboratorio -tradicional o computacional-, además de darles la oportunidad de relacionarse en un ambiente distinto al del salón de clases. Son pocas las ocasiones en que un grupo de estudiantes puede tener esta experiencia colectiva, y eso enriquece la vida y la discusión dentro del salón.”

Un proyecto con alcance social: producción de tetrahidrobiopterina

La tetrahidrobiopterina (o BH4) es un cofactor de algunas hidroxilasas envueltas en el metabolismo de la fenilalanina. Comercialmente, se distribuye bajo el nombre de Kuvan(R), que es una forma de la BH4 que actualmente se produce por vía sintética y es prescrita para el tratamiento de pacientes con fenilcetonuria (PKU). El equipo de UNAM Genomics tiene este año contemplado desarrollar una manera alternativa de producirla.

“En resumen nuestro proyecto tiene como objetivo lograr la síntesis in vitro del cofactor tetrahidribiopterina (BH4) de manera controlada en Escherichia coli.”, nos comenta María Fernanda Martínez Reza, a lo que agrega su compañera María Semiramis Castro Jaimes: “además, queremos considerar el aspecto de la bioseguridad más allá de la contención física.  Aparte del wetlab haremos modelos matemáticos, recursos en línea y aportaciones para Human Practices”.

De acuerdo al sitio GoodRx,  actualmente el precio de 120 tabletas de Kuvan ronda los 4,000 USD en Estados Unidos, mientras que en una nota de febrero del 2014 en La Jornada se afirma que en México el precio alcanza los 64 mil pesos por la misma cantidad de tabletas. “La razón de buscar producir BH4 es que este cofactor tiene importancia médica y su síntesis química es muy cara”, nos comenta Rogelio Alberto Rodríguez González y su compañero Ricardo Cerda Hernández añade: “si logramos buenos resultados, existe la posibilidad de abaratar el costo del medicamento “.

Retos y perspectivas

El proceso de la formación del equipo y el planteamiento del proyecto no ha sido sencillo, como sucede también en otros equipos como el del IPN de este año y como nos hace ver la experiencia de los equipos británicos, acerca de quienes el Wellcome Trust escribió una nota en el 2010 en la que estima que el costo por estudiante en este tiempo rondaba los 5,000 libras, incluyendo la manutención en verano, cuotas de inscripción y consumibles de laboratorio .

Los costos en México actualmente pueden no ser tan elevados como la inversión que se hace en los equipos británicos, pero no son nada desestimables: las cuotas de inscripción de equipo rondan los 3,500 USD (4,000 USD por pago tardío) y 750 USD por asistente al Giant Jamboree, además deben tomarse en cuenta los gastos de equipo y material de laboratorio y los viajes. Estos costos son cubiertos usualmente por patrocinadores privados que los estudiantes se dan la tarea de buscar y por las propias instituciones a las que pertenece el equipo.

Este año, de las universidades mexicanas, sólo la UNAM, el Tecnológico de Monterrey, la UANL, el IPN y la Universidad de las Américas cuentan con equipo activo en la competencia.

La organización del equipo tampoco ha sido sencilla. El estudiante Iván Zea Armenta afirma que la planeación es uno de los retos principales a los que ha enfrentado su equipo y comenta: “con tantas cosas que hacer y formas distintas de hacerlo es un poco complicado decidir un solo plan de acción al cual apegarse lo más posible durante todo el proyecto. Pero con discusiones arduas y uno que otro grito el plan quedó.”

Adicionalmente, el equipo se enfrenta a retos técnicos. La estudiante Paloma Limón Meneses Giles nos habla sobre el trabajo que se ha realizado para solucionar los retos técnicos de su proyecto: “una de las enzimas de la ruta de BH4 forma cuerpos de inclusión. Para evitar los cuerpos de inclusión hemos hecho diversas construcciones, modificando el orden, el promotor y demás”. “Hemos consultado varios artículos y discutido con gente experimentada en el área para mejorar el diseño”, afirma el estudiante Anthony Ortiz López

La iniciativa de los estudiantes participantes en iGEM ha derivado en los últimos años en proyectos de investigación en sus instituciones, algunos de los cuales han sido publicados en revistas especializadas, aunque para muchos de los equipos, el trabajo termina siendo sólo un proyecto de verano. Sin embargo, los integrantes del equipo iGEM UNAM Genomics tienen todos los ánimos para sacar adelante su proyecto y eventualmente aportar un proyecto fructífero a su universidad.

“Hay un antes y un después de iGEM. Después de esta experiencia, la gran mayoría de los estudiantes maduran a un ritmo aceleradísimo y terminan por adquirir lo necesario para que desarrollen investigación de manera independiente […] Hay un cambio muy notorio enfrente de un salón cuando hablas con estudiantes y cuando terminas hablando con colegas”.

Fear not“, nos comenta Ricardo Omar Ramírez Flores, “espero aprender mucho de la gran cantidad de equipos que participarán, así como conocer personas que compartan los mismos intereses y que puedan hacer una comunidad grande de biología sintética joven”.

Cápsula Biotecnológica: riboswitches

Los riboswitches son secuencias de RNA no codificante que tienen afinidad hacia pequeñas moléculas (también llamados ligandos) y típicamente se encuentran en los RNAs mensajeros. Estos switches pueden regulan la expresión genética en respuesta a la concentración de su ligando .

Se han confirmado 17 diferentes clases de riboswitches que reconocen distintos tipos de moléculas, entre las que se encuentran aminoácidos, carbohidratos, nucleótidos y coenzimas. Esta variedad de ligandos y mecanismos de regulación basados en los cambios conformación de los riboswitches, junto con la capacidad enzimática de algunos RNAs (las llamadas ribozimas) nos dan una idea de cómo las reacciones en el Mundo del RNA (the RNA World, que es una teoría que propone a los conjuntos de moléculas de RNA como un ser vivo primitivo) podrían haber sido reguladas.

NIHMS169081.html
Esquema de selección de aptámeros Tomdado de Topp y Gallivan, (2010).

Actualmente, el repertorio de riboswitches no está limitado a los que se encuentran en la naturaleza puesto que es posible generar aptámeros (la parte de los riboswitches que se une al ligando) que sean capaces de unirse a, en principio, cualquier molécula pequeña. Estos aptámeros pueden obtenerse, por ejemplo, por medio de SELEX (Evolución Sistemática de Ligandos por Enriquecimiento exponencial por sus siglas en Inglés) y luego modificarse para generar riboswitches. Las implicaciones son claras para la generación de circuitos sintéticos para regular la expresión de genes.

En este 2014, se dio a conocer el desarrollo de riboswitches artificiales que son capaces de regular la expresión genética y la citotoxicidad de adenovirus. Entre las aplicaciones potenciales más interesantes de estos riboswitches está el desarrollo de nuevas generaciones de virus con switches de seguridad para viroterapia oncolítica, es decir, el uso de virus para tratar cáncer.

Biología Sintética en México

“Nuestro objetivo es crear un ecosistema en el que se pueda desarrollar una industria basada en Biología Sintética en México”.
– G. Benítez, Asociación Mexicana de Biología Sintética

El mercado global de Biología Sintética se estima que alcanzará un valor de 10.8 billones de libras en el 2016 (alrededor de 18 billones de USD) y la competencia para la incursión en este mercado no se ha hecho esperar.

Considerando a la propiedad intelectual como punto de comparación, vemos que la competencia tiene a Estados Unidos como líder con 45% de las patentes en Biología Sintética aplicadas del 1990 al 2010 y con 450 millones de USD invertidos en proyectos de investigación en Biología Sintética en el periodo de 2005 al 2010. Por otra parte, más de sesenta millones de libras (alrededor de 98 millones de USD en Diciembre del 2013) es lo que el Reino Unido ha decido invertir en investigación en Biología Sintética en 2013.

México tampoco se ha quedado atrás, aunque a una escala que todavía necesita desarrollarse para competir de igual a igual a nivel internacional.

Grupos de investigación van a la vanguardia desde hace algunos años, como el dirigido por el Dr. Agustino Martínez Antonio en el CINVESTAV Unidad Irapuato han estado generando conocimiento con importante potencial de aplicación. Sin embargo, no se ha dejado de hacer notar la necesidad de impulso por parte del gobierno y la iniciativa privada; además, la disposiciones legales de las universidades y centros de investigación dificultan llevar al mercado sus desarrollos tecnológico.

Los mecanismos de vinculación empresa-academia resultan entonces de gran relevancia para consolidar el mercado emergente de la Biología SIntética en México.

. . .

“Biosintética se ha especializado en estudiar el entorno de la Biología Sintética a nivel internacional y a partir del conocimiento obtenido, identificar y generar modelos de negocio”.

La Asociación Mexicana de Biología Sinética A.C. (Biosintética) trabaja para vincular empresas y universidades y centros de investigación.

Biosintética tiene como presidente a Gerónimo Villanueva y fue fundada en el 2010; entre sus socios fundadores están: Sí o Sí Alimentos, CINVESTAV, Laboratorois Agroenzymas, CECYPE, Becerril, Coca & Becerril, S.C. y Biofab México 

En entrevista con Bio!, Gina Benítez, perteneciente a la Asociación, nos comenta que el objetivo de Biosintética “es crear un ecosistema en el que se pueda desarrollar una industria basada en Biología Sintética en México”.

La visión de Biosintética es clara: “posicionar a la Biología Sintética como un elemento transformador de la economía nacional mediante la creación y desarrollo de una industria de Biología Sintética generadora de valor económico, tecnológico y social, y posicionar a México como uno de los líderes mundiales en Biología Sintética”

La Asociación Mexicana de Biología Sintética
La Asociación Mexicana de Biología Sintética

En efecto, Biosintética se ha especializado en estudiar el entorno de la Biología Sintética a nivel internacional y a partir del conocimiento obtenido, identificar y generar modelos de negocio.

Entre los recursos que la asociación ha desarrollado está TiSynBio, que es una extensa base de datos sobre información pre-competitiva y competitiva sobre Biología Sintética. También está SynBioLink , una base de datos de investigadores y empresas relacionadas con biología sintética en México. Biosintética hospeda a la Oficina de Vinculación y Transferencia de Conocimiento (OVTC), certificada por CONACYT y la Secretaría de Economía, la cual se especializa en biología sintética y ciencias de la vida. Dicha OVTC fue creada para facilitar el desarrollo de tecnologías comercializables y apoyar el desarrollo de nuevos negocios basados en biología sintética y otras disciplinas afines.

“Introduciendo nanointerferencias electrónicas en organismos, usando Biología Sintética” – CAROLINE AJO-FRANKLIN

Monterrey, N.L. – Por medio del uso de la Biología Sintética es posible crear interfaces electrónicas definidas entre organismos vivos y materiales a nano escalas. Caroline Ajo- Franklin, miembro del Lawrence Berkeley National Laboratory sostuvo una ponencia en Genobiotec13, en donde explicó como a través de la conexión de células a electrodos, es posible controlar la síntesis de materia inorgánica.

La investigadora explicó que combinando las capacidades de sistemas vivos con aquellos que no lo están, pueden construirse mejores biosensores, desarrollar nanomateriales o producir energía. El trabajo de investigación presentado se basa en  el desarrollo en E.coli, de un sistema de transferencia de electrones en Shewanella oneidensis,

En la naturaleza hay bacterias que son capaces de reducir metales y transferir la carga a minerales inorgánicos, durante la respiración anaerobia. Investigación científica sostiene que los componentes principales del sistema son el Tetraheme Citocromo CymA, tochrome MtrA, citocromos OmcA, MtrC y la proteína Mtr.

En el sistema presentado por Ajo-Franklin se transfieren electrones por la membrana, hacia óxidos metales fuera de la célula, a través de la expresión de las proteínas MtrC, MtrA y MtrB en Escherichia coli.  Y por medio de esto se sostiene evidencia de que la proteína MtrA acelera la reducción de  Fe(III).  Además explicó que la expresión de mtrCAB es una forma de cablear a la bacteria con  sólidos inorgánicos  a nano escala, incrementando la taza de fluidos de electrones.

Al final de la conferencia la investigadora explicó que colocar estos sistemas en organismos fijadores de dióxido de carbono, abre la posibilidad a la producción in vivo de moléculas de alto valor que contienen carbono,  como biocarburantes o sustancias bioquímicas.

Enlace a la publicación “Engineering of a synthetic electron conduit in living cells” por Caroline Ajo- Franklin.

“Codificando la lógica genómica para el desarrollo embrionario” – Eric Davidson

IMG_9521Monterrey, N.L. – Eric Davidson del California Institute of Technology fue el encargado de dar inicio a las ponencias de Genobiotec13. La conferencia titulada“Encoded genomic logic for embryonic development” abordó la construcción de una red de regulación génica, usando embriones de erizos de mar como sistema experimental .

El ponente comenzó la conferencia hablando sobre la diversidad de características morfológicas de las especies,  asegurando que  los mecanismos de control genéticos en espacio y tiempo son los encargados de modelar la expresión de los genes, regulando por lo tanto la morfología celular.

La investigación de Davidson se basa en el estudio y modelación de redes de regulación génica, a fin de desarrollar herramientas computacionales que predigan la expresión del estado regulatorio, obteniendo resultados reproducibles.  El profesor analiza la problemática a través del uso de un modelo de lógica booleana y del desarrollo de perturbaciones in silico.

Los modelos booleanos que el investigador propone se basan en la expresión espacial, en donde se regula el encendido y apagado de los genes; además de la expresión temporal, que combina el modelo de expresión de genes y las transiciones regulatorias de estado.  Obteniendo una herramienta capaz de calcular alteraciones dinámicas en un circuito genético.

La estructura final del modelo es un tablero de expresiones genéticas computarizadas a través del tiempo, que pueden ser directamente comparadas con la expresión observada. Siendo los resultados arrojados por el modelo, comparados con datos experimentales de expresión genética en células de embriones de erizos de mar, para obtener  un acercamiento a la exactitud del programa.

Al final de la ponencia el conferenciante concluyó, que la investigación de redes de regulación génica brinda la posibilidad de acercarnos al funcionamiento de la evolución. Además mencionó que estos procesos evolutivos pueden ser computacionalmente predecibles y modelados de forma muy acertada in silico.

Eric Davidson es  miembro del National Academy of Sciences desde 1985; ha trabajado en Rockefeller university, así como en el Marine Biological Laboratory. Entre sus artículos publicados destacan “Genomic Regulatory Systems: Development and Evolution” y “The Regulatory Genome: Gene Regulatory Networks In Development And Evolution”.

Ligas de interés:

Synthetic in vivo validation of gene network circuitry

Caltech Eric Davidson Lab