Pequeña Vida Artificial: El Genoma Más Pequeño De Los Deportes De Bacterias Creado En El Laboratorio Hasta La Fecha

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Una bacteria de nueva creación, con un genoma sintético, puede metabolizar los nutrientes y auto-replicarse, trayendo al mundo un paso más cerca de construir vida artificial personalizada.

Se ha creado un genoma bacteriano artificial con el menor número de genes necesarios para la vida en un laboratorio, abriendo el camino para crear organismos sintéticos con conjuntos personalizados de genes dirigidos a tareas específicas, como comer aceite.

La bacteria recién creada, que puede metabolizar los nutrientes y auto-replicarse (dividirse y reproducirse), acerca al equipo un paso más hacia la construcción de vida artificial personalizada con funcionalidades particulares, dijeron.

La bacteria artificial tiene solo 473 genes, en comparación con los miles que existen en las bacterias salvajes. El equipo aún no conoce la función de 149 de estos genes esenciales para la vida. [Desentrañar el genoma humano: 6 hitos moleculares]

"Estamos mostrando lo compleja que es la vida en los organismos más simples", dijo Craig Venter, fundador y director ejecutivo del J. Craig Venter Institute (JCVI), donde se completó el estudio. "Estos hallazgos son muy humildes en ese sentido".

La historia comienza con un género de bacterias llamado Micoplasma, gérmenes que tienen los genomas más pequeños de cualquier organismo que se encuentran en la naturaleza y tienden a vivir en humanos y otros mamíferos.

Venter dijo que él y otro de los autores del estudio, Clyde Hutchison de JCVI, habían discutido en la década de 1990 lo que se necesitaría para responder preguntas básicas sobre la forma en que funciona la vida. Su conclusión fue que necesitarían construir un organismo con el genoma más pequeño posible.

En 1995, dijo Venter, otros investigadores estimaron que tal organismo artificial necesitaría, como mínimo, 256 genes para ser viable. Resultó ser incorrecto, pero hasta ahora no sabían lo equivocado.

El equipo utilizó el genoma de la M. mycoides para crear sus bacterias. El genoma de esa bacteria se sintetizó en 2010, creando la primera célula auto-replicante de un genoma artificial. El Instituto Venter llamó a esa bacteria syn1.0. Esa bacteria, sin embargo, tenía 1.1 millones de pares de bases en su ADN, o 901 genes.

Su nueva bacteria tiene 531,000 pares de bases, para 473 genes. Para reducir la cantidad de genes, el equipo utilizó el genoma syn1.0 como plantilla. Desde allí, diseñaron un conjunto de genomas posibles para la bacteria y los dividieron en cadenas más cortas. Para ver qué genes eran absolutamente necesarios para la vida, los científicos insertaron secuencias genéticas llamadas transposones que interrumpían el funcionamiento de un gen determinado. Si después de eso la celda se mantuvo con vida, entonces se consideró no esencial y se eliminó. A la inversa, si la célula murió, entonces quedó claro que todo lo que se extrajera era esencial.

Sin embargo, el proceso no fue tan simple como eso, dijo Venter. A veces, un solo gen podría eliminarse por sí mismo, pero junto con otro se volvió esencial. Venter lo comparó con un avión: "Si no sabes nada de aviones y estás mirando un 777... y eliminas el ala derecha, el avión todavía puede volar y aterrizar, así que dirías que no es esencial y no lo haces. No descubras realmente lo esencial hasta que elimines el segundo ".

Eventualmente construyeron un genoma sintético que podría insertarse en otro. Micoplasma Bacterias (se elimina el genoma anterior), que por sí misma pudo crecer y vivir como una célula normal. Llamaron al resultado syn3.0. [Infografía: Cómo los científicos crearon una forma de vida semi-artificial]

Venter y su equipo agregaron que la cantidad mínima de genes requeridos para la vida diferiría según el organismo con el que empezaron; obtendrían un resultado muy diferente si hubieran comenzado con una especie de algas, por ejemplo. Los genes que son esenciales también pueden depender del entorno en que se encuentre una célula o bacteria.

Por ejemplo, en los primeros trabajos en Mycoplasma genitalium, el medio de crecimiento fue fructosa y glucosa. Descubrir un gen que transporta fructosa puede no afectar una célula que se encuentra en un ambiente rico en glucosa, y eliminar un transportador de glucosa tampoco lo afectaría. Pero si ambos son eliminados, entonces la célula morirá. Entonces, qué gen es esencial no es una proposición de todo o nada.

Hutchison, autor principal del estudio y un distinguido investigador en JCVI, observó que el genoma mínimo también dependería de lo que uno quiere que haga la célula: una bacteria que brilla en la oscuridad tendrá un genoma mínimo diferente a otra cosa.

"Habrá muchos genomas mínimos", dijo Venter.

Maria Lluch Senar, científica y biotecnóloga del Centro de Regulación Genómica en Barcelona, ​​España, dijo que el logro es emocionante, ya que ha revelado un método para diseñar genomas que es mucho más rápido que los métodos de prueba y error que se utilizan actualmente. "Lo que está aquí es que puedes identificar cuál es el genoma mínimo que quieres", dijo, para una función determinada. "Con esta técnica, puedes definir cuál es la mejor combinación de fragmentos de ADN... Puedes ensamblarlos más tarde y generar diferentes moléculas que se pueden probar".

"En teoría, podríamos agregar conjuntos de genes y esencialmente recrear cualquier organismo", dijo Venter. "Sería una importante herramienta experimental".

Dicho esto, la técnica promete mejores vías para producir gérmenes que hacen todo, desde comer aceite hasta producir biocombustibles.

"Nuestra visión a largo plazo ha sido diseñar y construir organismos sintéticos a pedido, donde se pueden agregar funciones específicas y predecir cuál será el resultado", dijo el coautor del estudio Dan Gibson, profesor asociado del Instituto Venter.

Una célula mínima dedicaría la cantidad máxima de energía a lo que diseñó la célula para hacer, y tiene menos potencial para mutar, y sería más fácil de diseñar, dijo Gibson.

Esa capacidad de agregar conjuntos de genes también podría ayudar a comprender por qué algunas bacterias evolucionaron de la manera en que lo hicieron, e incluso la vida en general, aunque eso es más difícil, dijo Hutchison. "Puede que estemos viendo algunos procesos que ocurrieron al principio de la evolución", dijo. "Pero [Micoplasma"los genomas] no son pequeños porque son primitivos, son pequeños porque evolucionaron a partir de una célula que tenía unos pocos miles de genes y han perdido genes que no necesitan en su entorno".

Venter dijo que el plan es seguir trabajando para agregar genes al genoma sintético, para descubrir las funciones de los genes desconocidos. "Queremos llegar a donde entendemos el 100 por ciento de los genes en el organismo, no solo el 66 por ciento".


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