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Perfil emprendedor: GATCorp

Biotecnología y productos naturales

Los productos naturales son compuestos químicos que son producidos por los organismos vivos y que pueden ser útiles en las actividades de los seres humanos. Si no te imaginas dónde los puedes encontrar, entonces piensa en los saborizantes y especias de nuestros alimentos, piensa también en los productos de uso cotidiano como las pomadas y cosméticos, y claro, también en los compuestos activos de múltiples medicamentos.

Los seres vivos que sintetizan productos naturales juegan un papel importante en la economía de los países donde se encuentran; sin embargo, su explotación también ocasiona fuertes presiones al ambiente. Además, la concentración de su producción en ciertas regiones del mundo puede incrementar fluctuaciones en su disponibilidad y en sus precios.

Tomemos el ejemplo del aceite de palma, un producto natural utilizado en la industria alimenticia. En 2013, la producción de aceite de palma alcanzó aproximadamente 30 millones de toneladas y representó el 11% de las ganancias de exportaciones en Indonesia, generando 5.7 miles de millones de USD en impuestos. La producción de aceite de palma está relacionada con aumentos en la deforestación y pérdida de biodiversidad en bosques tropicales; sin embargo, países como Indonesia, tienen contemplado incrementar la producción a 40 millones de toneladas para 2020.

Afortunadamente, la capacidad de sintetizar productos naturales ya no es exclusiva de las plantas y los microorganismos que los producen de manera silvestre. Ahora es posible hacer que los microorganismos modelo de la biotecnología (levaduras, algas y diferentes tipos de bacterias) produzcan cada vez más tipos de productos naturales en escalas comerciales y en ambientes controlados. Por ejemplo, Ecover, una compañía biotecnológica, utiliza ciertas cepas de algas y métodos de biología molecular tradicional para producir aceites, buscando reemplazar al aceite de palma.

Primeros en México

Guanajuato es la casa de GATCorp, la primer start-up de biología sintética en México GATCorp es una compañía fundada por egresados del Instituto Politécnico Nacional y que tiene como propósito incorporar los procesos biotecnológicos en la industria de productos naturales y químicos de especialidad en México.

Joel de la Barrera, co-fundador de GATCorp, nos comentó: “GATCorp nació en el año 2013, como un proyecto escolar en la materia ‘diseño de plantas’, para el cual diseñe una planta productora de un metabolito secundario […]  En ese momento de la carrera, la ingeniería metabólica llamó mi atención, junto con  la idea de estandarizar un proceso industrial para casi cualquier metabolito, es decir sin importar que producto sea, puedas obtenerlo en la misma planta y con el mismo proceso de purificación. Le apostamos a emprender para resolver el problema y nos apasiona el poder generar alternativas”.

La industria biotecnológica ha cambiado sus productos objetivo recientemente, con una tendencia a remplazar a los biocombustibles por los químicos de especialidad que tienen altos precios pero se producen a bajos volúmenes.

El primer producto natural que GATCorp está produciendo es el escualeno, y lo hacen bajo el nombre Squaline. Se trata de un isoprenoide de 30 carbonos que es utilizado en la industria cosmética y en algunas formulaciones de adyuvantes para vacunas. “Usualmente este producto se extrae del aceite de tiburón y de fuentes vegetales cómo el aceite de oliva”, afirma Joel de la Barrera. La propuesta de GATCorp es producir escualeno a partir de bacterias.

Los métodos de producción de GATCorp pueden encontrar un nicho en la creciente industria farmacéutica de México. El mercado farmacéutico en México alcanzó los 16.4 miles de millones de USD en 2013, de acuerdo a un reporte de la consultora Deloitte, volviéndolo el segundo mercado más grande en Latinoamérica, con fuerte presencia de medicamentos genéricos. Sin embargo, a pesar de este gran incentivo para emprendimientos biotecnológicos, el caso de la compañía GATCorp no parece ser la regla, si no una de las primeras excepciones.

De estudiantes a emprendedores

El panorama que el Dr. Possani (Investigador Emérito de la UNAM) planteaba en el 2003 para los estudiantes de biotecnología mexicanos no era muy alentador. Entonces, de acuerdo con el Dr. Possani, había pocos trabajos disponibles para aquellos estudiantes por falta de planeación por parte del gobierno de México, por la falta de experiencia e interés en la transferencia tecnológica en las universidades, y por falta de recursos destinados a investigación y desarrollo por parte de las empresas. Trece años después, la situación parece estar cambiando: GATCorp y Huitl, otra compañía también de Guanajuato, son emprendimientos biotecnológicos surgidos a partir de las universidades. Sus páginas web reflejan la autenticidad de estos estudiantes convertidos en empresarios.

Carlos Ruiz Villaseñor, también miembro de GATCorp, tenía la ambición de emprender, pero no se imaginaba terminar siendo parte de la primera start-up de biología sintética de México cuando cursaba su ingeniería: “realmente no pensaba en terminar en la biología sintética, sin embargo tenía claro que tenía que emprender, formar un negocio propio sustentable, puesto que si en verdad queremos hacer un cambio, tendríamos que hacerlo nosotros mismos”.

Las universidades públicas en México son fuerte motor de la biotecnología en el país, pero su adopción de la cultura emprendedora es un proceso reciente. Según Carlos Ruiz Villaseñor, quien también es egresado del Politécnico: “La transición de estudiante a emprendedor al inicio es complicada porque hay que salir de ese paradigma que la escuela nos enseña que es trabajar para alguien más, ese es el reto, animarte a emprender con tus propias ideas, prepararte y salir adelante, en el camino (que será difícil) vas encontrando las herramientas y a las personas indicadas para poder ir formando ese sueño que los emprendedores deseamos realizar”.  El papel de esas “personas indicadas” actualmente lo están jugando los parques de innovación tecnológica de diferentes estados del país y las oficinas de transferencia de tecnología de las universidades.

De acuerdo con Joel de la Barrera, existe una fórmula para un emprendimiento biotecnológico que podría funcionar para otros investigadores: “si el desarrollo resulto exitoso y también resulta que hay un mercado que lo espera [entonces] el primer paso debiera ser la propiedad intelectual, con ella el investigador podrá negociar y proteger su trabajo intelectual […]. Posteriormente habría  que hacer una valuación de la tecnología, aquí existen varios métodos. Sobre todo fijarse en el mercado potencial que puede impactar con tal tecnología y no tener miedo de venderlo como tal y tampoco cerrarse a la negociación. En el mundo de los negocios hay un dicho: Es mejor tener algo a no tener nada. Tampoco regalar la tecnología, pero tratar de no cerrar la negociación. Como tercer paso sería la búsqueda de quién este interesado en el mercado. O si ya esta identificado que mejor, presentarle la solución y sobre todo como el pudiera explotar tal tecnología. Existen distintos formas de negociación y será mejor valerse de un despacho especializado en transferencia de tecnología o los mecanismos con los que los centros de investigación y universidades ya cuentan”.

La autonomía y la controversia en los biorreactores

La capacidad de producir químicos de especialidad en biorreactores significa disminuir la dependencia a las importaciones de productos naturales. Para una economía emergente como México, también puede significar entrar a nuevos mercados. Sin embargo, la producción de productos naturales en biorreactores no va sin controversia.

Existen productos que son el pilar de la economía de algunas comunidades. Por ejemplo, el extracto de vainilla es producido de manera tradicional por comunidades campesinas alrededor del mundo, algunas de las cuales están ubicadas en México, el centro originario de la planta. El mercado global de la vanilina (el producto natural que es la base del extracto de vainilla) es dominado por variantes sintéticas (se estima que el 99% de la vanilina en el mercado es sintética)  debido a la larga duración y la laboriosidad del proceso de extracción tradicional que dificulta su escalamiento. Actualmente, la vanilina también puede ser producida por levaduras en biorreactores, en competencia directa con los métodos sintéticos. Esta nueva tecnología competidora ha causado preocupación entre los productores tradicionales y grupos afines.

Otro aspecto controvertido es la fuente de las materias primas para los bioprocesos. Algunos bioprocesos utilizan algas, las cuales pueden usar la luz como fuente de energía, pero la mayoría de los microorganismos utilizados para las fermentaciones necesitan medios de cultivos ricos en nutrientes. Estos nutrientes usualmente son obtenidos a partir de cultivos como la caña de azúcar. No es fácil determinar si la dependencia hacia estos cultivos terminará por opacar a los beneficios de la producción en biorreactores, ni tampoco si este efecto será el mismo para todos los tipos productos naturales (recordemos que aquí también se incluyen fármacos y otros compuestos difíciles de producir sin afectar al ambiente), pero sin duda tanto beneficios como riesgos deben estar en la balanza. Al respecto, da qué pensar lo que Neil Goldsmith (CEO de Evolva) comentó a The Atlantic: “lo que la biología sintética debe ser capaz de hacer es mejorar la eficiencia con la que convertimos, en última instancia, la luz solar en proteínas y carbohidratos”.

A fin de cuentas, la transición hacia la producción de químicos basada en bioprocesos puede traer beneficios netos a la economía de un país como México, cuya industria biotecnológica y farmacéutica parecen tener un futuro prometedor, y los jóvenes emprendedores de GATCorp le están apostando a demostrarlo.

Arranca la competencia TECNOx

TECNOx (www.tecnox.org.ar) es una competencia de biología sintética, robótica y de tecnologías de la información, en la que se busca abordar problemas de relevancia social para Latinoamérica. La competencia es organizada por un equipo de docentes e investigadores, muchos de ellos de la Universidad de Buenos Aires, y está abierta a las universidades latinoamericanas. En esta primer edición participan nueve equipos de universidades de Argentina, Brasil, Colombia y México.

“La idea de la competencia competencia nace de la insatisfacción”, comenta el Dr. Ignacio Sánchez, que junto con el Dr. Alejandro Nadra son los coordinadores generales de la competencia. El Dr. Sánchez agrega: “por ejemplo, la insatisfacción de haber participado en iGEM y, [a pesar de] haber tenido una experiencia grata, habernos percatado que una competencia muy orientada a las necesidades y objetivos de otros países, de otros lugares. También TECNOx nace de la insatisfacción de estar trabajando para el estado, realizando investigación en la que quizá uno no hace cosas todo el tiempo tan relevantes o que le puedan importar directamente a alguien […] Y también hay otra insatisfacción que es la de ver a los estudiantes de grado con mucho talento, mucha iniciativa  y muchas ganas, y muy tapados por materias, exámenes; son gente con capacidad de realizar cosas y no tienen quizá la oportunidad de hacerlo. Queremos demostrar a la gente que no piensa así, que un estudiante de una carrera de ciencias ya tiene muchísima capacidad”.

Inyectando talento a la biotecnología en Latinoamérica

El Dr. Andrés Ochoa Cruz, también miembro del comité organizador de TECNOx, y Marie-Anne Van Sluys de la Universidad de Sao Paulo de Brasil afirmaban en su comentario Participation in iGEM Competition; Education toward Synthetic Biology Innovation que

“la mayoría de las  compañías biotecnológicas en la región de Sudamérica se enfocan en su sector de ventas, no en investigación y desarrollo, con excepción de compañías/organizaciones como Amyris, EMBRAPA, Braskem, CTC y el IAC”.

-Ochoa Cruz y Van Sluys, (2015), Participation in iGEM Competition; Education toward Synthetic Biology Innovation, J Biotechnol Biomater 5:170. doi: 10.4172/2155-952X.1000170.

Los autores no elaboran su argumento más allá y bien pueden existir otras excepciones, pero afirmar que las compañías de biotecnología “se enfocan en su sector de ventas” tiene una resonancia particular para quien ha tenido la experiencia de trabajar en un laboratorio  de biología molecular latinoamericano: ante la baja disponibilidad de productores locales con precios competitivos, se depende de intermediarios para solicitar de manera regular servicios en el extranjero e importar kits y reactivos de experimentos cotidianos.

La opinión de Ochoa Cruz y Van Sluys no es muy lejana a lo que Rafael Rangel Aldao describía en su carta al editor de Nature Biotechnology en el 2004:

“muchos países en vías de desarrollo de las Américas todavía están por obtener los beneficios de la biotecnología, no debido a problemas inherentes a la ciencia o tecnología, sino porque la mayoría de las naciones carecen un sistema para integrar a los diferentes participantes de la investigación, desarrollo y la cadena de manufactura”.

-Rangel Aldao, Rafael, (2004), Realities for Latin American and Caribbean biotech, Nature Biotechnology, 22, 20, doi:10.1038/nbt0104-20

La forma para mejorar el panorama de la biotecnología en Latinoamérica que Ochoa y Van Sluys proponen es acercarse a las nuevas generaciones de científicos y presentarles una manera diferente de entender su labor. Rangel Aldao, por su parte, sugiere que los científicos latinoamericanos tengan la capacidad de combinar su conocimiento con objetivos claros de negocios.

La propuesta de los organizadores de la competencia TECNOx va dirigida precisamente a las nuevas generaciones. “Queremos desarrollar  [en los estudiantes] la idea de que son gente muy capacitada. […] Yo originalmente soy Español pero ahora también me hice Argentino, y lo que me gustó de Argentina y una de las cosas que me incitaron a quedarme es que si bien hay, como en todas partes, gente que quiere pagar el alquiler y llegar a fin de mes y ya, también hay mucha gente que  mira a su alrededor y no le da todo lo mismo, y no todo es dinero, y entonces quiere realizar un aporte de otro tipo. TECNOx quiere decir que ese aporte es posible y quiere dar vías como para que esas ganas de hacer esas ideas y de aportar salgan a la luz, y también una oportunidad para complementar la formación académica tradicional […] Hay muchas aptitudes que se necesitan para llevar proyectos adelante que no tienen lugar en los estudios de grado de la mayoría de las universidades y le queríamos dar lugar también a eso: a aprender a trabajar en equipo, a aprender a trabajar de manera interdisciplinaria, y a aprender a trabajar orientado a objetivos y adentro del mundo real”, comenta el Dr. Ignacio Sánchez.

TECNOx: más allá de competir

La competencia TECNOx no estará enfocada exclusivamente a biología sintética, aunque en esta primera edición los proyectos de esta área predominen. El Dr. Ignacio Sánchez comenta: “TECNOx está empezando este año. Pensamos que sea una comunidad, no de biólogos sintéticos en particular, a pesar de que sea el lugar de donde partimos, sino que sea una comunidad de tecnólogos. Este año va a haber bastantes equipos de biología sintética, también va a haber dos equipos en un track que combina software y robótica. Y pensamos que en el futuro se vayan uniendo otras tecnologías disruptivas como impresión en 3D, como nanotecnología, o cualquier otra tecnología que pueda surgir, pero que tenga una curva de aprendizaje corta y que esté enfocada a hacer rápido y generar en poco tiempo un prototipo.”

Pero además de competir, los participantes tendrán la oportunidad de hacer una aportación de impacto social en su región. En palabras del Dr. Sánchez: “estamos orientando a los equipos a que examinen dónde pueden encontrar problemas relevantes. Por ejemplo, acá al menos en Argentina hay ministerios que se dedican a relevar problemas y a tratar relevar posibles soluciones, y a juntar a los que tienen problemas con los que tienen una posible solución; también hay ONGs que se dedican a esto, también los programas de extensión de las universidades, y también se generan quizá desde otro lado: desde quizá de las cámaras de empresas tecnológicas también se generar oportunidades. Nosotros invitamos a los equipos a que se familiaricen con todo esto y ellos mismos elijan”.

Pero el Dr. Ignacio Sánchez reconoce que estas habilidades de vinculación y de comunicación no son típicamente abordadas por los planes de estudios de las universidades; al respecto, comenta: “estamos organizando diversos talleres. Los talleres los estamos realizando en Buenos Aires, pero estamos tratando de grabarlos para que todo mundo los pueda ver. Además, van a ser presentados en el festejo final”. El festejo final al que se refiere tendrá lugar en abril del 2016, cuando los equipos compartirán sus experiencias y resultados en Buenos Aires, Argentina.

Finalmente, el Dr. Ignacio Sánchez agrega: “TECNOx empezó aquí con este equipo organizador, pero como la idea es construir una comunidad latinoamericana, es obvio que no nos sentimos propietarios de ninguna competencia de ninguna marca […] Si otros años se organiza desde México también me parece un gran éxito, el que fuera rotando entre distintos países y que fuera realmente un esfuerzo comunitario que no dependa de un pequeño grupo de personas”.

¿Veremos la siguiente edición de TECNOx en México? Esperemos que sí. Pero por lo pronto, ¡mucho éxito a los equipos participantes en esta primera edición!

Visita la página de TECNOx: www.tecnox.org.ar

Cápsula biotecnológica: biorretrosintésis y fábricas microbianas

El análisis retrosintético es un método bien conocido por los químicos para planear sus estrategias de síntesis. El principio básico es empezar desde un compuesto objetivo -es decir, el compuesto químico que se desea sintetizar- y “desarmarlo” para encontrar posibles precursores; luego, se seleccionan las secuencias de reacciones que vengan mejor para producir el compuesto objetivo.

Actualmente los biólogos sintéticos también han estado considerando los principios del análisis retrosintético para encontrar rutas metabólicas que produzcan compuestos de interés, en un proceso que los investigadores de área conocen como “biología retrosintética”.

Metabolismo 2.0

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A) Mapa metabólico de E. coli, con los metabolitos endógenos representados con puntos azules; B) metabolismo extendido de E. coli con los metabolitos exógenos en puntos rosas. Imagen de: Pablo Carbonell, Anne-Gaëlle Planson, Davide Fichera and Jean-Loup Faulon, BMC Systems Biology 2011, 5:122

El proceso de biorretrosíntesis parte de un metabolito objetivo y se dan pasos atrás para encontrar posibles intermediarios y enzimas que puedan catalizar las reacciones necesarias. El proceso no es nada simple: tienen que explorarse una gran cantidad de intermediarios y rutas posibles.

El grupo de Jean-Loup Faulon en la Universidad de Evry se ha dedicado recientemente a encontrar soluciones para los retos que implica la biorretrosíntesis. Entre sus contribuciones más destacadas está la representación de mapas metabólicos como conjuntos de signaturas moleculares, en los que se encuentran codificados sustratos, productos y reacciones. La estrategia que sigue este grupo de trabajo consiste buscar a las enzimas heterólogas que pueden conectar a un conjunto de metabolitos fuente con el metabolito objetivo; luego, en ordenar a todas las rutas posibles de acuerdo a una función que toma en cuenta efectos inhibitorios, citotoxicidad y compatibilidad con el organismo chasis. Finalmente, luego de aplicar técnicas de ingeniería metabólica y varios ciclos de optimización y, dado el caso, de ingeniería de proteínas, los investigadores de este grupo están convencidos de que es posible extender el metabolismo de un organismo para abarcar nuevos metabolitos y reacciones.

La página del grupo de trabajo del Dr. Faulon ofrece la herramienta XTMS (Diseño de Rutas en un Espacio Metabólico Extendido, por sus siglas en Inglés) en la que luego de definir un input (metabolitos fuente), un output (metabolito objetivo) y un espacio metabólico (es decir, el conjunto de reacciones metabólicas que pueden encontrarse en otros organismos y que están almacenadas en bases de datos como MetaCyc, EcoCyc y KEGG), se pueden explorar las diferentes rutas  importables a E. coli que pueden conectar al input con el output.

De la computadora al medio de cultivo

Luego de haber diseñado una serie de rutas, el siguiente reto es llevarlo a la realidad en un sistema in vivo.

Una solución interesante a la implementación de nuevas rutas biosintéticas en un organismo es la retro-evolución: en lugar de iniciar con la primer reacción de la ruta, se inicia con la última. De esta manera, al añadir los metabolitos intermediarios necesarios al medio de cultivo, es posible optimizar cada reacción en la ruta por evolución dirigida y/o ingeniería de proteínas, midiendo la concentración del metabolito objetivo como parámetro de optimización. De acuerdo con un desplegado de prensa de la Universidad Vanderbilt, el Dr. Brian Bachmann se inspiró en las ideas de Norman Horowitz acerca del desarrollo de la vida primitiva para dar con el concepto de la retro-evolución.

El año pasado, el grupo de Brian Bachmann en la Universidad Vanderbilt publicó un reporte acerca de cómo pusieron a prueba el proceso de biorretrosíntesis y retro-evolución para la producción de didanosina (usado para el tratamiento del VIH) a partir de 2,3-dideoxiribosa-5-fosfato, un sustrato relativamente barato. Los investigadores reportan que lograron incrementar 50 veces la producción de didanosina en comparación a la cepa original.

Imagen proveniente de: William R Birmingham,Chrystal A Starbird, Timothy D Panosian, David P Nannemann, T M Iverson & Brian O Bachmann Nature Chemical Biology 10, 392–399 (2014)
Evolución en forward y retro-evolución. Imagen proveniente de: William R Birmingham, Chrystal A Starbird, Timothy D Panosian, David P Nannemann, T M Iverson & Brian O Bachmann
Nature Chemical Biology 10, 392–399 (2014)

La biorretrosíntesis de didanosina es el primer ejemplo exitoso de la aplicación del concepto. ¿Cuántos otros fármacos podrán producirse a partir de sustratos de bajo costo gracias a la biorretrosíntesis? Esperemos que sean muchos más.

Foro en línea sobre biología sintética del CBD

El foro en línea sobre biología sintética del Convenio sobre la Diversidad Biológica (CBD) ha iniciado desde el pasado 27 de Abril del 2015. En este foro participan expertos provenientes de los países firmantes del CBD, así como observadores provenientes de instancias gubernamentales de países no firmantes y otras organizaciones. México está representado por miembros de la SEMARNAT y CONABIO, así como de la Universidad Autónoma de Nuevo León, el ITESM y de la compañía Agroenzymas. Los participantes del foro en línea tienen como objetivo discutir y dar su opinión sobre siete puntos para apoyar al futuro Grupo Ad Hoc de Expertos Técnicos (AHTEG por sus siglas en Inglés); estás discusiones están encaminadas a enriquecer al mandato sobre biología sintética y biodiversidad del AHTEG. Los siete puntos a discutir son:

El foro en línea se dividirá en tres bloques (del 27 de Abril al 11 de Mayo, del 25 de Mayo al 8 de Junio, y del 22 de Junio al 6 de Julio) y en el mes de Julio se seleccionarán a los miembros del AHTEG de entre los participantes del foro, de acuerdo al calendario tentativo de actividades con relación a biología sintética del CBD. En el mismo calendario tentativo están programadas una reunión de los miembros del AHTEG y actividades en las que involucrarán a “las partes del CBD, otros gobiernos, a comunidades indígenas y locales y otras partes interesadas” para hacer revisión por pares de lo que produzca el AHTEG.

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”.

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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.

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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.

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

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.

Boletín SynBioMx Noviembre 2014

1. El COP-MOP y la Red Latinoamericana de Biología Sintética – En el Giant Jamboree del iGEM, la Dra. María Mercedes Roca hizo una invitación a los equipos latinoamericanos para buscar los medios para organizar una Red Latinoamericana de Biología Sintética y para participar activamente en temas de regulación en biotecnología y biología sintética, pues la conferencia de los partidiarios de la Convención sobre la Biodiversidad y del Protocolo de Cartagena (COP-MOP) tendrá lugar en México en el 2016.

2. Invitación para la RNBS – La RNBS estableció contacto con la Dra. Roca y ella nos comenta que hace falta una definición de biología sintética y nos invita a planear actividades y eventos relacionados con biología sintética que coincidan con el COP-MOP. También invita a que se forme un grupo internacional del a sociedad civil que represente a la juventud en el mismo evento.

3. Curso Práctico “Synthetic Biology in Action” – El curso práctico “Synthetic Biology in Action” tendrá lugar en Heidelberg, Alemania, del 8 al 20 de Junio del 2015. El curso está dirigido a estudiantes de doctorado e investigadores en las etapas tempranas de su postdoc que están buscando iniciarse en Biología Sintética. La fecha límite de aplicación es el Jueves 12 de Marzo del 2015. Para más detalles, consulta: http://www.embl.de/training/events/2015/SYN15-01/index.html

4. International Synthetic and Systems biology Summer School (SSBSS) – La escuela de verano internacional de biología sintética y de sistemas tendrá lugar del 5 al 9 de Julio del 2015 en Italia. El curso está dirigido a estudiantes de doctorado, investigadores en las etapas tempranas de su carrera y líderes industriales. La fecha límite para aplicaciones de estudiantes es el 15 de Febrero del 2015. Consulta esta y otras fechas límites en: http://www.taosciences.it/ssbss2015/

5. Lista de cursos y posgrados en SynBio. Si tienes interés en hacer un posgrado o tomar un curso en Biología Sintética, aquí te presentamos algunas opciones que están disponibles. La lista no es exhaustiva y la elaboramos con fines de informar solamente. Iremos extendiendo esta lista conforme más información llegue a nosotros:

1. University of Oxford 

2.SYNBERC 

3.MIT 

4.SYNBIOBETA

5. Genopole

6. Imperial College

7.Edinburgh

8. Newcastle

9. ESBS Strasbourg 

10. University College London 

Giant Jamboree 2014 en breve

La competencia iGEM llegó a su fin en el Giant Jamboree 2014 que tuvo lugar del 30 de Octubre al 3 de Noviembre. Los equipos de la Universidad de Heidelberg y de la Universidad de California en Davis fueron los galardonados con el Grand Prize en las categorías undergrad y overgrad, respectivamente.

Durante la competencia los equipos no solamente se dedicaron a cuestiones técnicas, sino que promovieron y se involucraron en actividades que integran el esfuerzo científico con su contexto social. Los diferentes tracks en los que se dividió la competencia fueron: energía, ambiente, alimentos y nutrición, avance fundacional, salud y medicina, procesamiento de información, y manufactura y aplicación nueva; además hubieron siete nuevos tracks que típicamente no eran reconocidos en la competencia o que nunca habían estado abiertos: arte y diseño, laboratorios de comunitarios, emprendimiento, medición, microfluídica, políticas y prácticas, y software.

Además de los ganadores del Grand Prize, en cada categoría hubieron dos runner ups que en la categoría undergrad fueron el equipo del Imperial College, Reino Unido, y el equipo NCTU Formosa, Taiwán, mientras que en la categoría overgrad fueron el equipo de la Universidad y Centro de Investigación de Wageningen, Holanda, y el de la Universidad Técnica de Darmstadt, Alemania.

Los equipos de las universidades mexicanas fueron reconocidos con una medalla de bronce (Tec de Monterrey Campus Querétaro), dos de plata (Tec de Monterrey CEM y Universidad Autónoma de Nuevo León) y una de oro (Tec de Monterrey Campus Monterrey), mientras que el equipo del Tec de Monterrey Campus Guadalajara ganó el premio por mejor presentación en la categoría overgrad y el premio al mejor proyecto de emprendimiento.

10 SynBio Tips

Así que quieres hacer biología sintética. Bueno, aquí te van algunos tips para alcanzar tu objetivo.

Uno. Leer todo tipo de biología. Nunca sabes donde podrás encontrar la pieza que te falta para armar tu rompecabezas. Esto también te enseñará la importancia de la conservación de la biodiversidad en el país. Por el momento no estamos en posición de diseñar nuevas proteínas. Por lo tanto tenemos que recurrir a aquellas forjadas por las fuerzas evolutivas.

Dos. Un buen conocimiento sobre regulación genética es fundamental. Tienes que escribir código a nivel de DNA por lo que es fundamental entender cuales son las señales necesarias para expresar lo maquinaria que necesitas. Recuerda, las señales son diferentes entre procariontes y ecuariontes. Me encanta este punto!!!

Tres. Aprende a programar. Creo que es algo que todos deben saber hacer. No importa en que disciplina te encuentres. Tratar de implementar un algoritmo que te de números primos te va a tomar unas cuantas noches al principio, pero al final de cuentas te va a cambiar la forma de ver el mundo. No se el porque, pero pasa, está preparado para el cambio. Python es una belleza para hacer computo científico échale uno OjO.

Cuatro. Desayuna una dosis diaria de matemáticas, en especial sistemas dinámicos. Los sistemas que desarrolles estarán corriendo en el tiempo, no importa si estas trabajando en ingeniería metabólica o redes de regulación genética. Darle la dimensión temporal a esas caricaturas de redes te permitirá seleccionar buenos diseños.

Cinco. Aprende un poco de mecánica estadística. La parte dinámica es importante pero no todo ocurre a la misma velocidad. Considerar esto te permitirá simplificar tus problemas a la hora de diseñar.

Seis. Búscate un programa para manejar tus secuencias. Por ejemplo Geneious, Benchling o Snapgene. Hay varios gratis con mucha flexibilidad. Yo uso Benchlings :3

Siete. Aprende a hacer Gibson assembly® en estos días eso de andar buscando la enzima de restricción adecuada esta pasando de moda. Por que? pasar semanas clonando un fragmento cuando puedes pegar 10kb en una hora. Pero ten cuidado, en especial si no eres rico, tendrás que verificar si tu fragmento no tiene mutaciones internas.

Ocho. Aunque suene loco, ponte a leer todos los catálogos que encuentres de enzimas y de productos para el lab. Cuando diseñes experimentos tener una idea de que esta disponible será de mucha utilidad.

Nueve. Se muy organizados con tus muestras. Cuando entres en la etapa combinatorial, poner lo que sea pero que jale, tener una organización impecable te ahorrara repetir experimentos.

Diez. Bueno la última pero no la menos importante. Si no sale lo que esperabas relájate y vete a tomar unas chelas con tus amigos. A Maxwell le tomó un ratito desarrollar la teoría electromagnética y la biología es un poquito más compleja. Aun hay muchas cosas por descubrir y esto quiere decir que estás en la frontera.

Pero bueno si tienes alguna duda échame un correo y llenaré tu correo de spam sobre biología sintética.

Uriel Urquiza

Millar Lab, The University of Edinburgh.

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La información que nos proporcionas no será distribuida inmediatamente: haremos contacto contigo y tu investigador principal para formalizar la integración al directorio.