La vida artificial ya est¨¢ aqu¨ª

Cient¨ªficos de varias universidades norteamericanas y europeas han logrado ¡°el monte Everest de la biolog¨ªa sint¨¦tica¡±, como dicen los editores de Science: el primer cromosoma eucari¨®tico fabricado en el laboratorio. Se trata de un cromosoma de levadura, el hongo que se usa para hacer cerveza, pan, biocombustible y la mitad de la investigaci¨®n sobre los organismos eucariotas, como nosotros. La capacidad de introducirle un cromosoma sint¨¦tico a ese organismo permitir¨¢ mejorar todo lo anterior, como hacer biocombustibles m¨¢s sostenibles para el entorno o dise?ar nuevos antibi¨®ticos, adem¨¢s de un nuevo continente de investigaci¨®n sobre la pregunta del mill¨®n: c¨®mo construir el genoma entero de un organismo superior. La reconstrucci¨®n de un neandertal, por ejemplo, ser¨ªa imposible sin este paso esencial.

La biolog¨ªa sint¨¦tica es una disciplina emergente que trata no ya de modificar organismos, sino de dise?arlos a partir de principios b¨¢sicos. En los ¨²ltimos cinco a?os ha logrado avances espectaculares, como la s¨ªntesis artificial del genoma completo de una bacteria y varios virus. Pero esta es la primera vez que consigue fabricar un cromosoma completo y funcional de un organismo superior, o eucariota (una c¨¦lula buena, en griego, la que forma los humanos). El consorcio liderado por Srinivasan Chandrasegaran, del Departamento de Ciencias de la Salud Ambiental de la Universidad Johns Hopkins, con la colaboraci¨®n de Jef Boeke, presenta su rompedor resultado en la revista Science.

¡°Nuestra investigaci¨®n mueve la aguja de la biolog¨ªa sint¨¦tica desde la teor¨ªa hasta la realidad¡±, dice Boeke, uno de los pioneros de este campo. ¡°Este trabajo representa el mayor paso que se ha dado hasta la fecha en el esfuerzo internacional para construir el genoma completo de una levadura sint¨¦tica¡±.

Boeke empez¨® este proyecto hace siete a?os en otra universidad, la Johns Hopkins de Baltimore, enrolando a 60 estudiantes universitarios en un proyecto llamado Build a genome (construye un genoma). Las t¨¦cnicas para sintetizar ADN han mejorado mucho en la ¨²ltima d¨¦cada, pero suelen producir tramos bastante cortos de secuencia, no mucho m¨¢s all¨¢ de 100 o 200 letras (tgaagcct¡­). Los estudiantes se ocuparon de ir pegando esas secuencias sint¨¦ticas en tramos cada vez mayores. El cromosoma final mide cerca de 300.000 letras.

Que un hito cient¨ªfico se refiera a la levadura (Saccharomyces cerevisiae), un hongo unicelular que ya utilizaban los antiguos egipcios para hacer la cerveza, parece una buena paradoja o un mal chiste, pero no es as¨ª. La divisi¨®n fundamental entre todos los seres vivos de la Tierra no es la que existe entre plantas y animales, ni entre microorganismos y especies grandes o macrosc¨®picas: es entre procariotas (bacterias y arqueas) y eucariotas (todos los dem¨¢s, incluidos nosotros).

Y lo importante de la levadura es que, por mucho que sea un organismo unicelular, cae en nuestro lado de la barrera. No es exagerado decir que la mayor parte de lo que sabemos sobre la biolog¨ªa humana se debe a la investigaci¨®n de este familiar hongo de apariencia modesta. La levadura tiene unos 6.000 genes, y comparte un tercio de ellos con el ser humano, pese a los 1.000 millones de a?os de evoluci¨®n que nos separan.

Los cromosomas son los paquetes en que se reparte el genoma de los organismos superiores, o eucariotas. Son mucho m¨¢s que un trozo de ADN: est¨¢n empaquetados en complejas arquitecturas formadas por centenares de prote¨ªnas que interact¨²an con el material gen¨¦tico, como las histonas. Est¨¢n dotados de un centr¨®mero, la maquinaria especializada en distribuir una copia del genoma a cada c¨¦lula hija en cada ciclo de divisi¨®n celular; y sus extremos est¨¢n protegidos por unos sistemas singulares, los tel¨®meros, que garantizan la integridad de la informaci¨®n gen¨¦tica en cada ciclo de replicaci¨®n. De ah¨ª que el logro actual vaya mucho m¨¢s all¨¢ que la s¨ªntesis del genoma de una bacteria que se hab¨ªa logrado hasta ahora.

Los humanos tenemos el genoma dividido en 23 cromosomas (o pares de cromosomas); la levadura lo tiene distribuido en 16, y los cient¨ªficos se han centrado en el m¨¢s peque?o de ellos, el n¨²mero 3. Han extra¨ªdo al hongo su cromosoma 3 natural y lo han sustituido por su versi¨®n sint¨¦tica, llamada synIII, que cubre las funciones de su colega natural pese a estar extensivamente alterado con toda clase de elementos artificiales dise?ados para facilitar su manipulaci¨®n en el futuro inmediato.

La fabricaci¨®n de antibi¨®ticos es actualmente obra de microorganismos

Que el cromosoma sint¨¦tico funcione en su entorno natural, una c¨¦lula viva de levadura, es el verdadero hito del trabajo, seg¨²n los investigadores. ¡°Hemos mostrado¡±, dice Boeke, ¡°que las c¨¦lulas de levadura que llevan el cromosoma sint¨¦tico son notablemente normales; se comportan de forma casi id¨¦ntica a las levaduras naturales, salvo por que ahora poseen nuevas capacidades y pueden hacer cosas que sus versiones silvestres no pueden hacer¡±.

La versi¨®n natural del cromosoma 3 de Saccharomyces cerevisiae tiene 316.667 bases (las letras del ADN a, g, t, c). La versi¨®n sint¨¦tica es un poco m¨¢s corta, con 273.871 bases, como consecuencia de las m¨¢s de 500 alteraciones que los cient¨ªficos han introducido en ¨¦l. Entre estas modificaciones se encuentra la eliminaci¨®n de muchos tramos de ADN repetitivo que no tienen funci¨®n alguna, ya est¨¦n situados entre un gen y otro (secuencias interg¨¦nicas) o dentro mismo de los genes (intrones).

Tambi¨¦n han eliminado los transposones, o genes que saltan de una posici¨®n a otra en el genoma de todos los organismos eucariotas. El cromosoma artificial synIII tambi¨¦n lleva muchos tramos de ADN a?adidos por los investigadores. El n¨²mero total de cambios de un tipo u otro se acerca a los 50.000, pese a lo cual el cromosoma sint¨¦tico sigue siendo funcional.

Pese a sus evidentes implicaciones para la biolog¨ªa fundamental ¨C?puede construirse el genoma de un organismo superior, incluido el ser humano, a partir de compuestos qu¨ªmicos sacados de un bote de la estanter¨ªa?¡ª, el proyecto tiene sobre todo objetivos aplicados. Y no solo en las ¨¢reas industriales, como la fabricaci¨®n de pan y bebidas, en las que este organismo se ha utilizado siempre.

Ya ha habido virus y bacterias de laboratorio

Una de las aplicaciones que resaltan los autores es la mejora en la manufactura de medicinas como la artemisina para la malaria o la vacuna para la hepatitis B. Como la mayor¨ªa de los antibi¨®ticos provienen de hongos, y la levadura es uno de ellos, tambi¨¦n cabe predecir avances en el dise?o y producci¨®n de estos medicamentos.

M¨¢s a largo plazo, las levaduras sint¨¦ticas pueden facilitar la s¨ªntesis de medicamentos anticancerosos como el Taxol, cuya v¨ªa de s¨ªntesis es tan complicada e implica a tantos genes que supone un formidable escollo para las tecnolog¨ªas convencionales. En un ¨¢rea industrial muy distinta, esta tecnolog¨ªa, seg¨²n esperan sus autores, servir¨¢ para desarrollar biocombustibles m¨¢s eficaces que los actuales, entre ellos alcoholes como el butanol, y tambi¨¦n di¨¦sel de origen biol¨®gico.

Y, por supuesto, synIII es solo el primero de los 16 cromosomas de la levadura que los investigadores logran sintetizar. Los intentos de repetir la haza?a con los otros 15 cromosomas ya est¨¢n en proyecto, y forman parte de un programa internacional llamado Sc 2.0 que implica a cient¨ªficos de Estados Unidos, China, Australia, Singapur y el Reino Unido. En el nombre del proyecto, Sc es por Saccharomyces cerevisiae, el nombre cient¨ªfico de la levadura de la cerveza, y el 2.0 quiere enfatizar lo mucho que los seres vivos est¨¢n a punto de parecerse a cualquier otro desarrollo tecnol¨®gico. El objetivo es construir un genoma completo de levadura, o el primer organismo complejo sintetizado en el tubo de ensayo.

Echando la vista m¨¢s hacia el futuro, cabe especular sobre la resurrecci¨®n de especies extintas como el mamut o el neandertal, cuyos genomas ya han sido secuenciados a partir de sus restos f¨®siles. Si estos proyectos llegan a abordarse alguna vez, tendr¨¢n que basarse en una t¨¦cnica similar a la que Boeke y sus colegas acaban de poner a punto para este enga?osamente simple hongo que tan servicial ha resultado a la especie humana desde los albores del neol¨ªtico.