Crean una célula con la mitad de sus genes sintéticos y se empieza a replicar: ¿un paso para la (aún lejana) vida artificial?

Un equipo de Reino Unido y EE.UU. ha logrado hacer una levadura de cerveza (Saccharomyces cerevisiae) combinando más de siete cromosomas sintéticos, fabricados en laboratorio, en una sola célula. Dicho de otro modo, estamos ante la primera célula con membrana y núcleo (eucariota) con la mitad de su genoma construido artificialmente. Pero no ante una célula completamente sintética ni ante vida artificial del todo.

El grupo del Synthetic Yeast Genome Project (Sc2.0), liderado por Patrick Yizhi Cai (Universidad de Mánchester) empezó hace una década a trabajar en la combinación de cromosomas sintéticos en una célula funcional. El objetivo fue escribir un genoma eucariota desde cero, no tanto crear vida artificial. En 2017 ya se consiguió fabricar un cromosoma completo de una célula con núcleo (eucariota) de levadura. Pero aquello representaba apenas el 2,7% del genoma de ese ser vivo. Ahora superan el 50% de los 16 cromosomas del hongo, que sólo tiene una célula.

Para conseguirlo, ahora tomaron una muestra de levadura de cerveza (que se usa para hacer cerveza, sí, pero también pan o biocombustibles). En el laboratorio, sintetizaron los 16 cromosomas, que son las estructuras que empaquetan el ADN en el núcleo de la células, y tienen forma de X cuando van a replicarse. Luego tomaron siete y los insertaron en un núcleo de una viva.

Aquí viene la parte más técnica y compleja: Antes de la inserción, eliminaron fragmentos de ADN que podrían considerarse ‘basura’. Añadieron nuevos fragmentos de ADN para que se distinguieran fácilmente lo genes (‘trozos’ de ADN) artificiales de los nativos. Y luego introdujeron un generador de diversidad llamado SCRaMbLE que, como sugiere su nombre en inglés, baraja el orden de los genes dentro los cromosomas. Todo esto es como una carrera de obstáculos para imitar a la naturaleza. Pero hay algo más: hay que ‘convencerla’ de que la mano humana es fiable y la célula pueda replicarse con seguridad.

Así que estabilizaron el genoma y para eso era necesario quitar muchos de los genes de un tipo de ARN (parte de la maquinaria de instrucciones para fabricar células) que metieron en un cromosoma totalmente artificial, pensado para guardar ahí ese ARN (de transferencia, que es como se llama).

Esta última jugada era arriesgada. A ese cromosoma empaquetador de genes de ARN lo llamaron neocromosoma. “El neocromosoma de ARNt es el primero completamente sintético del mundo”, afirma Cai. “No existe nada parecido en la naturaleza”. Pero funcionó. La célula no sólo sobrevivió. Empezó a replicarse.

Una célula con la mitad de su genoma artificial replicándose con normalidad

Esto supone desarrollar por primera vez una célula eucariota con más del 50% de ADN sintético, la cual sobrevive y se replica de forma similar a las cepas de levadura natural. Aunque anteriormente se han sintetizado genomas de bacterias y virus, este sería el primer genoma eucariota sintético; la creación del neocromosoma en su genoma hace de la nueva cepa de levadura de cerveza una criatura sustancialmente distinta genéticamente de su hermana natural.

“Decidimos que era importante producir algo que estuviera muy modificado a partir del diseño de la naturaleza”, añade el colíder del consorcio Jef Boeke, biólogo de NYU Langone Health. ¿Para qué? “Nuestro objetivo general era construir una levadura que pueda enseñarnos una nueva biología”. A lo que añade Cai: “Es fundamental para nuestra comprensión de los componentes básicos de la vida y tiene el potencial de revolucionar la biología sintética”.

Para el catedrático de Bioquímica Juli Peretó (Universidad de Valencia), que no ha participado en este trabajo, lo presentado ahora ”es extraordinario, yo diría que titánico, por la infinidad de problemas técnicos, previstos e imprevistos, que han tenido que resolver. Se dice pronto, pero es una tarea extraordinariamente compleja con la biología que sabemos hoy. El mayor beneficio inmediato, en mi opinión, es aprender sobre los fundamentos del funcionamiento de los genomas complejos”, explica en el SMC de España.

Así que, nada que ver con tener mejor cerveza o abaratar su producción… al menos a corto plazo. “Los beneficios potenciales de esta investigación son universales: el factor limitante no es la tecnología, es nuestra imaginación”, afirma entusiasta el profesor Cai. La reescritura de un genoma de levadura desde cero podría crear una cepa que sea más fuerte, funcione más rápido, sea más tolerante a las condiciones adversas y tenga un mayor rendimiento, afirman desde la Universidad de Mánchester.

Crear levadura semiartificial es un paso más para la (aún lejana) vida sintética

Tener un célula semisintética es un avance descomunal. Pero no es tener vida artificial. En este camino se han empleado a fondo varios equipos científicos desde hace años. Quizás, el más sonado fue el del Instituto de John Craig Venter, cuando en 2010 presentaron la primera célula autorreplicante con un genoma 100% sintético. Pero aquella pequeñísima célula procariota, sin núcleo separado, era muy distinta a la presentada ahora, que es eucariota como la de los animales, por ejemplo.

En esencia, hace 13 años destruyeron el ADN de un micoplasma muy básico y lo sustituyeron por otro que habían diseñado por ordenador. Se daba a entender que ”se había ‘creado una célula’, y eso llevó a que interpretara erróneamente el (gran) trabajo que se hizo, pues en realidad no se creó ninguna célula, igual que pasa en el presente artículo”, aclara Jordi García Ojalvo, catedrático de Biología de Sistemas en la UPF de Barcelona. No todos los componentes de aquella célula básica eran artificiales. Necesitaron una nacida antes por la vía natural.

Hasta la fecha, no hemos sido capaces de crear una célula artificial desde cero; todas las existentes vienen de una primigenia de hace 4.000 millones de años.

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Pero empezaba así una carrera por conseguir reconstruir la vida ladrillo a ladrillo que ahora no llega a su culminación. “No se puede considerar un ejemplo de generación de vida sintética, como se dijo entonces”, aclara también en el SMC de España. Lo que se ha hecho es sintetizar una parte importante del genoma (un mérito en sí mismo) e insertarlo en células ya existentes.

“Es importante tener en cuenta que, hasta el momento, no hemos sido capaces de generar células desde cero“. Como recordaba en este pódcast de Newtral.es el astrobiólogo y químico Carlos Briones, todas las células que existen provienen de una primigenia que apareció hace cerca de 4.000 millones de años. Se han ido dividiendo desde entonces. Y llegaron las células eucariotas, más complejas, hasta que empezaron a agregarse y colaborar entre ellas para formar organismos. Y con ello, llegó la muerte. “La muerte no es una consecuencia de la vida, sino de la pluricelularidad y la reproducción sexual“, comentaba entonces el científico.

Ahora, podemos crear genomas artificiales, “pero aún no podemos crear vida artificial, pues la unidad de la vida, la célula, está aún fuera de nuestro alcance”, concluye García Ojalvo.