El ADN sintético puede parecer cosa de ciencia ficción, pero rápidamente se está convirtiendo en una realidad. Los investigadores han creado una célula de levadura que contiene más del 50% de genoma artificial, incluido el primer cromosoma totalmente artificial del mundo.
Los científicos habían producido previamente genomas bacterianos y virales artificiales, pero el siguiente paso fueron los eucariotas, una célula en la que todo el genoma se encuentra dentro de un núcleo rodeado de membrana. La levadura puede haber sido la elección natural para esto, como la levadura de panadería (levadura de vino) tiene un genoma compacto de sólo 16 cromosomas y tiene una capacidad innata para unir el ADN.
Sin embargo, los investigadores involucrados en el proyecto Synthetic Yeast Genome (Sc2.0) querían hacer algo un poco diferente a simplemente sintetizar ADN, dándole a la levadura un genoma «de diseño». «Decidimos que era importante producir algo que estuviera muy modificado por el diseño de la naturaleza», dijo en el artículo el autor principal y líder de Sc2.0, Jeff Buckey. declaración. «Nuestro objetivo general era construir una levadura que pudiera enseñarnos nueva biología».
Haciendo un genoma artificial
El equipo primero eliminó el llamado ADN «basura» del genoma y lo reemplazó con fragmentos de ADN nuevos para ayudarlos a distinguir entre genes sintéticos y originales, y luego reorganizó el orden de los genes. También había que realizar otra eliminación importante: los genes de ARNt.
Si bien las proteínas que codifican desempeñan un papel crucial dentro de las células, los genes de ARNt también hacen que el genoma de la levadura sea inestable. En un paso revolucionario, los investigadores los eliminaron y los transfirieron a un «nuevo cromosoma» completamente nuevo basado en genes de ARNt. «El nuevo cromosoma de ARNt es el primer cromosoma completamente artificial del mundo», dijo el coautor Patrick Yezi Cai. «No hay nada parecido en la naturaleza».
Junto con el nuevo cromosoma, los investigadores ensamblaron cada cromosoma de forma independiente, antes de crear 16 cepas de levadura parcialmente artificiales, cada una de las cuales contenía 15 cromosomas normales y uno artificial.
juntar las piezas
Luego vino la parte difícil: reunir todos los cromosomas artificiales en una sola célula de levadura. Esto implicó una combinación de la técnica genética clásica (la hibridación) y algunos enfoques completamente nuevos. La hibridación fue lenta y, si bien la levadura resultante contenía más del 30% de genomas sintéticos, los investigadores buscaban más.
Después de utilizar un nuevo método llamado reemplazo cromosómico y una tecnología similar a CRISPR/Cas9 para reparar defectos genéticos, pudieron obtener una sola célula de levadura que contenía más del 50% de ADN sintético. La manipulación de su genoma podría haber hecho que la levadura creciera o pareciera anormal, pero gracias a una fabricación cuidadosa, la levadura sobrevivió y se reprodujo de manera similar a la levadura salvaje.
«El equipo ahora ha reescrito el sistema operativo de la levadura en ciernes, abriendo una nueva era de la ingeniería biológica, pasando de jugar con un puñado de genes a diseñar y construir de novo genomas completos», dijo Kay.
Próximos pasos
La levadura ha sido durante mucho tiempo un elemento básico en la producción de alimentos y bebidas (es la razón por la que tenemos pan y cerveza decentes, todo el mundo dice: «Gracias, levadura») y en la ciencia, para producir sustancias químicas y como organismo modelo. Usando ADN sintético, podemos lograr muchos avances en estas áreas, como explica en su artículo Ben Blunt, uno de los científicos más destacados. declaración.
«Los cromosomas artificiales son logros técnicos tremendos por derecho propio, pero también abrirán una serie de nuevas capacidades sobre cómo estudiamos y aplicamos la biología. Esto podría ir desde la creación de nuevas cepas microbianas para una bioproducción más ecológica hasta ayudarnos a comprender y controlar enfermedades». .”
El siguiente paso será combinar los 16 cromosomas artificiales en una sola célula de levadura. Esto no es fácil, pero los investigadores son optimistas. «Ahora estamos lejos de la meta de tener los 16 cromosomas en una célula», dijo Bucky.
«Me gusta llamar a esto el final del principio, no el principio del fin, porque entonces realmente podremos comenzar a mezclar esa superficie y producir levadura que pueda hacer cosas que nunca antes habíamos visto».
El estudio se publica en la revista. celúla.
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