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  • 10/03/2017

BIOLOGÍA SINTÉTICA

Se obtienen cromosomas sintéticos de la levadura

El genoma del microorganismo, recreado por un consorcio internacional de biólogos sintéticos, ayuda a indagar en en los misterios de la evolución.

Science

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La levadura Saccharomyces cerevisiae se utiliza para hacer pan y cerveza. [Masur, CC BY 2.5 / Wikimedia Commons]

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El biólogo evolutivo Stephen Jay Gould reflexionó una vez sobre lo que ocurriría si se rebobinara la «cinta de la vida» y se hiciera correr de nuevo. Un equipo de biólogos sintéticos ha explorado ahora un aspecto de esta noción: ha creado cromosomas desde cero, los han introducido en la levadura y ha observado si los organismos modificados todavía funcionan con normalidad.

Y han comprobado que, en efecto, lo hacen. En siete artículos publicados hoy en Science los autores describen la creación de cinco cromosomas sintéticos que, junto con un sexto cromosoma sintetizado previamente, representan más de un tercio del genoma de la levadura del pan Saccharomyces cerevisiae. Los responsables de su creación, un consorcio internacional de más de 200 investigadores, esperan obtener un genoma de levadura totalmente sintético a finales de este año.

El trabajo podría ayudar a optimizar la síntesis de microorganismos que fabriquen alcohol, fármacos, perfumes y combustibles. Y sirve para orientar las futuras investigaciones sobre la evolución y funcionamiento de los genomas.

El enfoque utilizado en la investigación es similar al que los científicos informáticos podrían adoptar si trataran de entender un código informático escrito hace una década, observa Jack Newman, cofundador de Amyris Biotechnologies en Emeryville, California, aunque la tarea es mucho más difícil con los genomas porque han sufrido millones de años de evolución. La levadura se originó hace más de 50 millones de años, cuando el linaje Saccharomyces se separó del de otros hongos.

Los elementos básicos de la vida

En 2010, el genetista Craig Venter y su equipo revelaron el primer genoma sintético, una versión del código genético de un parásito bacteriano, Mycoplasma mycoides. Cuatro años más tarde, un equipo dirigido por Jef Boeke, genetista del Centro Médico Langone de la Universidad de Nueva York, sintetizó un cromosoma de levadura, un organismo más complejo que pertenece al grupo de los eucariontes (en el que se incluyen las plantas, los animales y las personas).

Mientras que objetivo de Venter era crear el genoma mínimo necesario para sostener la vida, Boeke trataba de explorar cuestiones fundamentales sobre la evolución; entre ellas, si las levaduras podrían haber evolucionado de forma distinta a como lo hicieron. El experto convirtió la pregunta en una hipótesis que podía verificarse mediante la biología sintética: ¿hasta qué punto puede modificarse un genoma de modo que todavía pueda dar lugar a un organismo funcional?

Para buscar una respuesta, Boeke asignó cada uno de los 16 cromosomas de S. cerevisiae a varios equipos de colaboradores repartidos por todo el mundo. Cada uno de ellos debía crear un cromosoma que fuera estable y pudiera evolucionar, al tiempo que mantuviera el funcionamiento normal de la levadura.

Los equipos utilizaron programas informáticos para diseñar los códigos de sus respectivos cromosomas. Omitieron algunas secuencias que se hallan en los cromosomas de la levadura natural, como las partes repetitivas del genoma, con la esperanza de aumentar la estabilidad de las versiones sintéticas. Y dotaron a sus creaciones de un mecanismo que imita la variación aleatoria que impulsa la evolución. Cuando este sistema de codificación se activa, puede mezclar, duplicar y eliminar genes al azar.

Un equipo del Instituto Pasteur de París describió grandes cambios estructurales en el núcleo de la levadura sintética, a pesar de lo cual continuaba creciendo, produciendo proteínas y reproduciéndose. «Parece que realmente podemos "torturar" el genoma de maneras complicadas y con frecuencia la levadura se encoge de hombros y crece como si nada», comenta Boeke.

Planes futuros

Algunos equipos del consorcio inventaron técnicas para identificar con rapidez errores en los cromosomas sintéticos. Otro grupo, en la Universidad de Tianjin en China, optimizó las técnicas para eliminar los errores en las secuencias genéticas de los cromosomas, en uno de los casos con la técnica CRISPR-Cas9.

La síntesis del genoma es poco probable que desplace herramientas como CRISPR, que permiten a los científicos añadir o restar un número reducido de genes en un organismo. Pero puede convertirse en el método preferido para aplicaciones que requieren cambios genéticos complejos. Ello incluye la modificación de la levadura y otros microorganismos para que produzcan fragancias y otros materiales; y los fabricantes de estos productos podrían utilizar también los genomas sintéticos para hacer que tales organismos se volvieran más resistentes a los virus nocivos.

Varios grupos han iniciado esfuerzos para sintetizar genomas de especies como la bacteria Escherichia coli, así como de personas. Boeke confía en que su consorcio creará un genoma de levadura completamente sintético hacia el final del año. El equipo ya ha creado varios cromosomas adicionales, y está perfeccionándolos y experimentando con ellos.

Más información en Science (1), (2), (3), (4), (5), (6), (7)

Fuente: Amy Maxmen / Nature News

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