Circuitos gen¨¦ticos sint¨¦ticos para explorar el comportamiento azaroso de las bacterias

?Por qu¨¦ los seres vivos escogen una determinada manera de funcionar y no otra? ?Por qu¨¦ las c¨¦lulas basan su funcionamiento en determinados circuitos gen¨¦ticos y no en otros? Para contestar a estas preguntas, el investigador Jordi Garc¨ªa Ojalvo ha dise?ado por primera vez un circuito gen¨¦tico sint¨¦tico que funciona igual que un circuito gen¨¦tico natural y los ha comparado. El estudio, realizado en bacterias de la especie Bacillus subtilis, ocupa la portada de la revista cient¨ªfica Cell del 30 de octubre. En la investigaci¨®n han participado cient¨ªficos del grupo de Gurol Suel, del Centro M¨¦dico Southwestern en Dallas, y Michael Elowitz, del Instituto Tecnol¨®gico de California, en Estados Unidos.

Estos experimentos son investigaci¨®n b¨¢sica, pero pueden ayudar a entender c¨®mo funcionan los seres vivos y c¨®mo los desajustes celulares dan lugar a todo tipo de enfermedades, desde las enfermedades autoinmunes hasta el c¨¢ncer, explica Garc¨ªa-Ojalvo, catedr¨¢tico de F¨ªsica Aplicada de la Universidad Polit¨¦cnica de Catalu?a (en Terrassa). Su grupo, en colaboraci¨®n con los cient¨ªficos estadounidenses, investiga c¨®mo funcionan los organismos vivos, las c¨¦lulas, y por qu¨¦ ¨¦stas tienen unos circuitos gen¨¦ticos que han evolucionado de una manera y no de otra. "Hemos de entender c¨®mo funcionan los circuitos gen¨¦ticos para descubrir por qu¨¦ lo hacen mal cuando falta un gen o no act¨²a bien una prote¨ªna", afirma Garc¨ªa-Ojalvo. Lo explica con una analog¨ªa: "Es como cuando una radio no funciona bien, y hay que encontrar qu¨¦ componentes fallan; conocer el dise?o de la radio nos hace la tarea mucho m¨¢s f¨¢cil".

Hace un par de a?os, este grupo de investigadores descubri¨® que el circuito gen¨¦tico de este tipo de c¨¦lulas muy sencillas (procariotas) les permit¨ªa sobrevivir en condiciones adversas como la falta de alimento. Este circuito gen¨¦tico se activa para que las c¨¦lulas puedan absorber nutrientes alternativos, como lo son trozos de ADN que la bacteria se puede encontrar en el medio extracelular. Pero quedaba por resolver un misterio: el dise?o de estos circuitos no era el que habitualmente usa la naturaleza cuando una c¨¦lula tiene que activarse. Es un dise?o "muy extra?o", dice Garc¨ªa-Ojalvo: "?Por qu¨¦ la evoluci¨®n ha escogido este circuito gen¨¦tico no estandarizado, que no era el que se podr¨ªa esperar?", se pregunta.

Para tratar de encontrar la respuesta, dise?aron el circuito gen¨¦tico que cualquier cient¨ªfico hubiera esperado encontrar y lo hicieron de forma sint¨¦tica mediante herramientas de ingenier¨ªa gen¨¦tica: cortando y pegando el ADN siguiendo el dise?o deseado, en un tubo de ensayo. Luego sustituyeron el circuito de ADN propio de la c¨¦lula real por el nuevo circuito artificial. Durante los experimentos, compararon c¨¦lulas con ambos tipos de circuitos y observaron que tanto las c¨¦lulas con el circuito gen¨¦tico natural como las c¨¦lulas con el circuito sint¨¦tico funcionaban de la misma manera, es decir, buscaban alimento alternativo. Pero de la comparaci¨®n surgi¨® otra sorpresa: mientras que las c¨¦lulas sint¨¦ticas se alimentaban con los trozos de ADN en periodos casi fijos de unas 10 horas, las c¨¦lulas naturales lo hac¨ªan de forma aleatoria.

Teniendo en cuenta que la falta de alimento es algo que no pueden predecir las c¨¦lulas, como tampoco los seres vivos m¨¢s complejos, resulta que las c¨¦lulas naturales funcionan de forma m¨¢s eficiente con esta incertidumbre que las c¨¦lulas con el circuito sint¨¦tico. Esto es, equilibran el m¨¢ximo tiempo dedicado a nutrirse con el tiempo necesario para poderse reproducir. Esta explicaci¨®n se puede extrapolar a organismos m¨¢s complejos como las c¨¦lulas eucariotas, dice Garc¨ªa-Ojalvo. "Sabemos que estos ¨²ltimos tambi¨¦n se enfrentan a ambientes aleatorios, y es de esperar que tambi¨¦n ellos luchen contra la incertidumbre generando aleatoriedad, pero desconocemos cu¨¢les son los circuitos gen¨¦ticos que generan esa aleatoriedad", a?ade.