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Se llama Escherichia coli y en condiciones normales es una bacteria de lo más corriente. Todos llevamos un montón de ellas en nuestro tracto intestinal. Sin embargo, un equipo de científicos de la Universidad de Cambridge ha modificado una y la ha convertido en un organismo, en parte sintético, con propiedades tan singulares que la han convertido en la más reciente integrante del 'star system.
En un artículo publicado en Science, el investigador en el Consejo de Investigación Médica de Reino Unido, Jason Chin, y su equipo, explican cómo han logrado hacer a su bacteria E. Coli modificada inmune a los ataques de los virus bacteriófagos, pero también, cómo han logrado que sea capaz de producir materiales sintéticos que, de forma natural, no sería capaz de generar. Esto incluye desde nuevos fármacos a plásticos sintéticos que no procedan del petróleo entre otras muchas aplicaciones que aún están por descubrir.
El investigador del Centro Nacional de Biotecnología (CNB) del CSIC, Víctor de Lorenzo, explica a NIUS que este avance se da en el contexto de investigaciones anteriores que buscan: "No tanto crear una célula completamente artificial, sino reprogramar el comportamiento y las propiedades de una ya existente manipulando su genoma". En este sentido, asegura: "Es un gran avance al que seguirán otros cada vez más sorprendentes".
De Lorenzo explica que la revolución que anticipa este, y otros hallazgos, en lo que se ha dado en llamar como biología sintética "es la posibilidad de reemplazar procesos industriales a gran escala que hasta ahora solo podía hacer la industria química, pero con un gran gasto energético y procesos muy perjudiciales para el medio ambiente".
Para este investigador la promesa de esta nueva rama del conocimiento es la de cambiar esos procesos costosos y contaminantes "por alternativas biológicas, alternativas mucho más cercanas a los procesos naturales que hace la biosfera, que hace el mundo vivo".
Según explica de Lorenzo, hasta ahora, la industria química había sido reacia a incorporar este tipo de producción biológica porque las bacterias, como la Escherichia coli, tienen un depredador natural en forma de virus, conocidos como bacteriófagos. El peligro era que estos virus, que están en el medio ambiente, puedan causar grandes pérdidas económicas a una empresa que esté produciendo algún producto de interés en este tipo de organismos modificados.
"Lo que realmente está causando gran revuelo en el mundillo científico", asegura de Lorenzo, "es que la bacteria se vuelve completamente inmune, o al menos muy resistente, a los virus bacteriófagos".
Esta especie de superpoder de la bacteria modificada, que el equipo de Jason Chin no buscaba como objetivo principal de su investigación, pero que ha conseguido, es uno de los aspectos que puede darle un empujón al uso de esta tecnología a gran escala.
"Para mí, y para muchos biólogos", enfatiza de Lorenzo, "el aspecto más asombroso es que esta bacteria es como si tuviera una 'cúpula de hierro'". El investigador del CSIC destaca esta característica por encima de la otra que ha suscitado el interés del mundo de la biotecnología y que es su capacidad de crear moléculas sintéticas que no existen en la naturaleza.
"El hecho de hacer que una bacteria, o un microrganismo, sea capaz de hospedar una reacción que no es natural, sino que ha sido programada, no es completamente nuevo. Puede ser nuevo en este caso el tipo de polímero que se produce, el tipo de compuesto o el tipo de reacción, pero en sí mismo es algo que es mucho menos original que conseguir hacer un sistema vivo completamente inmune o muy resistente a ataques de sus depredadores naturales".
La Escherichia coli modificada del equipo de Jason Chin ha demostrado ser prácticamente invulnerable a los virus que matan a sus primas naturales, las E. Coli de toda la vida que forman parte, por ejemplo, de nuestra microbiota intestinal.
En otras palabras, este tipo de bacterias no son patógenas, no provocan enfermedades, pero ¿Se podría usar esta nueva tecnología para crear bacterias que sí nos enfermaran?.
Según Víctor de Lorenzo "como posibilidad teórica la respuesta es que sí" pero matiza, "como posibilidad práctica me parece muy, muy remota". En cualquier caso afirma que "si somos capaces de hacer bacterias inmunes a un ataque por fagos es concebible hacer bacterias patógenas que no se puedan combatir con una terapia de fagos también".
Según explica el investigador del CNB, Víctor de Lorenzo, "el gran avance conceptual y material es que podemos reprogramar el comportamiento de algunos microrganismos como cualquier objeto hecho por un ingeniero. Consiste, fundamentalmente, en reescribir de forma racional las instrucciones de comportamiento que están grabadas en su ADN".
Y eso, ¿Cómo se hace? Para entenderlo primero es necesario conocer como funciona el sistema de forma natural.
El ADN, cualquier ADN, el de una bacteria o el nuestro, puede codificar los 20 aminoácidos conocidos que se expresan en lo que conocemos como vida. Las instrucciones se escriben en secuencias de tres letras, que se llaman codones, y que están compuestos, cada uno, por tres de las cuatro bases que codifican el genoma: adenina (A), timina (T), citosina (C) y guanina (G).
Cada codón, o secuencia de tres bases, corresponde a un aminoácido de los 20 que hay disponibles. Pues bien, cuando una célula necesita producir una proteína concreta ordena a una enzima que copie los codones que están relacionados con ella. Esa información se almacena en una nueva molécula, una que está muy de actualidad en estos momentos debido a su relevancia en la fabricación de vacunas contra el coronavirus como la de Pfizer o Moderna, y que se llama ARN mensajero (ARNm). Esa molécula viaja entonces a la fábrica de proteínas de la célula, que se llama ribosoma, y allí otro tipo e ARN, el de transferencia (ARNt), descodifica la información y recoge los aminoácidos necesarios para crear la proteína.
Se da el caso, no obstante, de que el ADN tiene más codones que aminoácidos puede crear. Hay redundancia en el sistema. 64 bloques de tres para codificar 20 aminoácidos. Eso es lo que ha abierto la puerta a coger algunos de los codones que están repetidos y eliminarlos, o bien usarlos para que hagan otras cosas, sin que la bacteria se vea afectada por ello.
Lo que ha hecho el equipo de Jason Chin, explica Víctor de Lorenzo, ha sido eliminar dos codones repetidos en el genoma de la bacteria y eso ha provocado que cuando un virus bacteriófago quiere infectarla y replicarse en su interior no pueda. "Cuando el virus llega con sus propios codones (que tienen que encajar en los de la bacteria) el sistema no los reconoce. Es una barrera que, aunque no es muy sofisticada, sí que es muy eficaz".
"Imagínate un teclado al que le faltan varias letras", explica de Lorenzo. "Si queremos escribir una frase no podemos escribirla y si queremos leer un texto que ha salido de esa máquina de escribir pues tampoco podemos entenderlo".
Sin embargo, aclara: "Si conoces las claves de la bacteria, que son las que en este caso ha introducido el investigador Jason Chin, entonces sí, para ti tiene sentido". Para quien no lo tiene es para el virus que se ha presentado con un juego de ganzúas que ya no sirven en la cerradura.
El código tampoco es demasiado sofisticado, asegura de Lorenzo. "No es una máquina Enigma. Es un código que un espía lo suficientemente avanzado podría descifrar. Lo que pasa es que en este caso es un código que la mayoría de los fagos, o las personas, no sabríamos descodificar, pero no es una clave con diferentes niveles de encriptación, es bastante más sencillo".
El otro escenario que permite la investigación del equipo de investigadores de Cambridge es el de sustituir uno de esos codones con información repetida por información nueva. "Son cosas distintas y no tienen porque suceder al mismo tiempo", aclara el investigador del CNB, Víctor de Lorenzo. "Uno puede dejar ese codón que hemos eliminado, libre, y que no signifique nada, o podemos hacer que ahora, ese codón, hagamos que signifique otro aminoácido distinto, ninguno de los 20 (naturales), sino uno artificial".
Ese es el caso de este nuevo descubrimiento. Los investigadores han logrado que su bacteria Escherichia coli de diseño produzca aminoácidos que no existen en la naturaleza, que son nuevos y sintéticos. De momento, el equipo del investigador Jason Chin, ha logrado que sus bacterias modificadas construyan unas moléculas que se llaman macrociclos que se usan en diversos fármacos, incluidos los antibióticos, pero con aminoácidos no naturales.
Las implicaciones del hallazgo van mucho más allá. La investigación ha puesto de relieve que la técnica descubierta es capaz de crear moléculas grandes conocidas como polímeros que pueden abrir la puerta a una era de nuevos materiales con aplicaciones que aún están por explorar. Entre los ejemplos que han puesto los investigadores responsables del estudio está la capacidad de crear materiales similares al plástico cultivados en células, sin necesidad de usar petróleo.
Desde que hace más de una década, el científico, y responsable del proyecto de secuenciación del genoma humano, Craig Venter, anunciara que había logrado fabricar en su laboratorio el ADN completo de la bacteria 'Mycoplasma mycoides' e introducirlo en otra célula recipiente de otra especie llamada 'Mycoplasma capricolum', se viene hablando sobre si la biología sintética crea vida o simplemente la modifica.
Para Víctor de Lorenzo es necesario entender que en todas estas investigaciones siempre hay un aspecto de relaciones públicas y de propaganda y que las grandes universidades también juegan a eso. "¿Vida artificial, células artificiales? Bueno, es sí y no", comenta de Lorenzo. "Lo que estamos haciendo, por el momento, es utilizar lo ya existente para darle otras utilidades". Pero avanza. "Eso es ahora, pero no vamos a tardar mucho en hacer, de verdad, células artificiales y vida sintética. Y esa vida sintética, seguramente, va a tener unas características muy distintas a la vida tal y como la conocemos".
"La vida es como una música", explica de Lorenzo, "y nosotros ahora lo que hacemos son variaciones sobre un mismo tema musical, pero no queda mucho para que seamos capaces de hacer una música completamente distinta".
Esa nueva música que está por llegar está generando debate. "¿Qué pasará cuándo eso suceda? Yo pienso que no van a pasar muchas cosas", sostiene de Lorenzo, pero reconoce que "hay mucha gente alarmada porque en un futuro cercano pueda haber formas completamente sintéticas de vida".
Para este investigador del CNB "esto a algunos les puede resultar alarmante o sonarles a ciencia ficción, pero puede suponer la solución a infinidad de problemas que tenemos ahora mismo, tanto medioambientales, como industriales o de salud, porque vamos a tener acceso a una diversidad de moléculas, de compuestos y de procesos, que la madre naturaleza no ha inventado todavía. Yo creo que vamos a un tipo de tecnología muy basada en la biología en la que nuestra vida va a cambiar por completo por los desarrollos que están teniendo lugar en biología sintética y en ingeniería genética".
"La gente no debería asustarse sino que tendría que celebrarlo porque esta tecnología es la que nos va a dar las soluciones a multitud de problemas que tenemos pero que ahora mismo no tienen solución". Concluye de Lorenzo.