La mayor parte de los genes que forman parte del código genético de un organismo son básicamente instrucciones para hacer proteínas. Cada gen consiste en una larga cadena de moléculas, llamadas nucleótidos. Tres de estos nucleótidos -que forman un grupo denominado codón- le dicen a las células qué aminoácidos necesita para construir una proteína.
Las células pueden usar 22 clases de aminoácidos que se dan de forma natural como materia prima para hacer proteínas, pero en la actualidad se pueden sintetizar más de cien de los denominados "aminoácidos sintéticos" en el laboratorio usando las herramientas de la química, no de la biología. Los organismos naturales no pueden crear estos químicos ni construir con ellos. La existencia de organismos que pudieran construir proteínas usando estos aminoácidos abriría nuevas posibilidades, sobre todo en el desarrollo de medicamentos. Pero las células normales carecen de el código genético necesario para trabajar con estos aminoácidos sintéticos.
Un equipo de Harvard, dirigido por George Church, ha desarrollado una herramienta para editar genes que podría cambiar este panorama. Para crear microbios capaces de construir proteínas que contengan aminoácidos sintéticos, los investigadores tienen que poder modificar ciertos codones del genoma y, al mismo tiempo, manipular la maquinaria celular que lee esos codones. Esta nueva herramienta les permite hacer la primera parte.
Church dice que espera lograr tres objetivos con el enfoque. Primero, quiere construir bacterias que puedan producir nuevos medicamentos y otros químicos. En segundo lugar quiere hacer ingeniería genética con bacterias que no son capaces de sobrevivir fuera del laboratorio porque necesitan aminoácidos sintéticos para poder sobrevivir -un logro que podría prevenir el posible daño medioambiental derivado de dejar dicho tipo de bacterias en el medioambiente. Y, en tercer lugar, quiere producir bacterias inmunes a los virus, puesto que los virus pueden dar problemas en la producción industrial. "La forma de conseguir todas estas cosas es cambiar el significado del código genético de tu organismo preferido", dice Church.
El jueves pasado, en la revista Science, el grupo de Church describe cómo borró las 314 representaciones de un codón concreto del genoma de una bacteria de E. coli viva y las reemplazó por otro codón. El trabajo está codirigido por Farren Isaacs, que en la actualidad es profesor adjunto de biología molecular en la Universidad de Yale. Este proceso implica hacer cambios genéticos a pequeña escala en múltiples cepas de E. coli y después combinarlas.
Investigadores en el Instituto J. Craig Venter ya habían descubierto una forma distinta de modificar todo un genoma. Estos investigadores forman parte del mismo grupo que creó la primera "célula sintética viva" el año pasado. El grupo de Venter modifica el genoma en un ordenador y después lo sintetiza entero usando una combinación de maquinaria y células de levadura; después de eso el genoma se trasplanta a una célula receptora.
El método de Church en cambio introduce cambios en células vivas. Cree que la ventaja de este enfoque es que se pueden corregir los errores sobre la marcha para conseguir hacer cambios más grandes. Church espera que su último trabajo convenza a otros investigadores del valor de la ingeniería genética "a escala genómica". Tanto su método como el desarrollado en el Instituto Venter implica usar máquinas sintetizadoras de ADN para crear grandes cantidades de ADN para que lo usen las células transformadas mediante ingeniería genética. La síntesis de ADN sigue siendo un proceso caro. Y el tiempo necesario para llevar a cabo ambas técnicas, a pesar de ser más corto que antes, es otro gasto. "Tenemos que bajar los costes y pensar en la facilidad de uso", dice.
Fabricar proteínas con componentes artificiales es tan útil que los biólogos llevan décadas haciéndolo, si bien de forma poco eficaz, dice David Tirrell, profesor de ingeniería química en Caltech. Tirrell no tiene relación alguna con el grupo de Harvard.
Dos empresas - Allozyme, con la que Tirrell sí está asociado y Ambrix- fabrican medicamentos con proteínas que incorporan aminoácidos sintéticos. En ambos casos han creado bacterias que pueden fabricar proteínas que incluyen un único aminoácido sintético. Crear organismos que puedan usar más de estos elementos químicos artificiales quizá permita cruzar fronteras en el cuerpo que hoy día no son fáciles de superar, como la barrera hematoencefálica. El grupo de Church va a comenzar una colaboración con Ambrix.
Las células pueden usar 22 clases de aminoácidos que se dan de forma natural como materia prima para hacer proteínas, pero en la actualidad se pueden sintetizar más de cien de los denominados "aminoácidos sintéticos" en el laboratorio usando las herramientas de la química, no de la biología. Los organismos naturales no pueden crear estos químicos ni construir con ellos. La existencia de organismos que pudieran construir proteínas usando estos aminoácidos abriría nuevas posibilidades, sobre todo en el desarrollo de medicamentos. Pero las células normales carecen de el código genético necesario para trabajar con estos aminoácidos sintéticos.
Un equipo de Harvard, dirigido por George Church, ha desarrollado una herramienta para editar genes que podría cambiar este panorama. Para crear microbios capaces de construir proteínas que contengan aminoácidos sintéticos, los investigadores tienen que poder modificar ciertos codones del genoma y, al mismo tiempo, manipular la maquinaria celular que lee esos codones. Esta nueva herramienta les permite hacer la primera parte.
Church dice que espera lograr tres objetivos con el enfoque. Primero, quiere construir bacterias que puedan producir nuevos medicamentos y otros químicos. En segundo lugar quiere hacer ingeniería genética con bacterias que no son capaces de sobrevivir fuera del laboratorio porque necesitan aminoácidos sintéticos para poder sobrevivir -un logro que podría prevenir el posible daño medioambiental derivado de dejar dicho tipo de bacterias en el medioambiente. Y, en tercer lugar, quiere producir bacterias inmunes a los virus, puesto que los virus pueden dar problemas en la producción industrial. "La forma de conseguir todas estas cosas es cambiar el significado del código genético de tu organismo preferido", dice Church.
El jueves pasado, en la revista Science, el grupo de Church describe cómo borró las 314 representaciones de un codón concreto del genoma de una bacteria de E. coli viva y las reemplazó por otro codón. El trabajo está codirigido por Farren Isaacs, que en la actualidad es profesor adjunto de biología molecular en la Universidad de Yale. Este proceso implica hacer cambios genéticos a pequeña escala en múltiples cepas de E. coli y después combinarlas.
Investigadores en el Instituto J. Craig Venter ya habían descubierto una forma distinta de modificar todo un genoma. Estos investigadores forman parte del mismo grupo que creó la primera "célula sintética viva" el año pasado. El grupo de Venter modifica el genoma en un ordenador y después lo sintetiza entero usando una combinación de maquinaria y células de levadura; después de eso el genoma se trasplanta a una célula receptora.
El método de Church en cambio introduce cambios en células vivas. Cree que la ventaja de este enfoque es que se pueden corregir los errores sobre la marcha para conseguir hacer cambios más grandes. Church espera que su último trabajo convenza a otros investigadores del valor de la ingeniería genética "a escala genómica". Tanto su método como el desarrollado en el Instituto Venter implica usar máquinas sintetizadoras de ADN para crear grandes cantidades de ADN para que lo usen las células transformadas mediante ingeniería genética. La síntesis de ADN sigue siendo un proceso caro. Y el tiempo necesario para llevar a cabo ambas técnicas, a pesar de ser más corto que antes, es otro gasto. "Tenemos que bajar los costes y pensar en la facilidad de uso", dice.
Fabricar proteínas con componentes artificiales es tan útil que los biólogos llevan décadas haciéndolo, si bien de forma poco eficaz, dice David Tirrell, profesor de ingeniería química en Caltech. Tirrell no tiene relación alguna con el grupo de Harvard.
Dos empresas - Allozyme, con la que Tirrell sí está asociado y Ambrix- fabrican medicamentos con proteínas que incorporan aminoácidos sintéticos. En ambos casos han creado bacterias que pueden fabricar proteínas que incluyen un único aminoácido sintético. Crear organismos que puedan usar más de estos elementos químicos artificiales quizá permita cruzar fronteras en el cuerpo que hoy día no son fáciles de superar, como la barrera hematoencefálica. El grupo de Church va a comenzar una colaboración con Ambrix.
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