sábado, 22 de mayo de 2010

Venter o el nuevo Prometeo



Al final no hizo falta ni castillo, ni tormenta eléctrica y ciertamente ningún ayudante de laboratorio jorobado. En cualquier caso, Craig Venter y sus colegas han hecho realidad lo que Mary Shelley sólo imaginó. El 20 de mayo, en las páginas de Science, anunciaron que habían creado “una criatura viva”.
Al igual que el protagonista de Shelley, Venter necesitó algunas piezas de cuerpos muertos para hacer que su criatura funcionase. A diferencia de Victor Frankenstein, no necesitó ninguna chispa enviada por Júpiter Fulgurator para dar a la criatura su esencia vital. Por el contrario, fabricaron esa esencia, un trozo de ADN que porta 1.000 genes, a partir de botes de productos químicos. El resultado es la primera criatura, desde el comienzo de las criaturas, que no tiene un ancestro. Lo que es, y cómo vive, depende completamente del diseño hecho por los científicos del Instituto J. Craig Venter y que se conserva en los ordenadores de sus sedes de Maryland y San Diego (EE.UU.). Cuando la primera de estas criaturas artificiales mostró que podía reproducirse, comenzó la era de la vida artificial.
La ambición de Venter de crear un organismo vivo a partir de cero comenzó hace unos 15 años, y ha sido del dominio público desde hace 10. Después de tanto tiempo existe la tentación para los especialistas de decir “enséñanos algo que no sepamos”. Después de todo, el ADN de síntesis se incorpora a seres vivos rutinariamente por muchos investigadores, compañías de biotecnología y hasta escolares. Venter lo que ha hecho, simplemente, es hacerlo a gran escala.
Pero Venter y su equipo también han demostrado, de la forma más contundente que se haya hecho nunca, que la esencia de la vida es la información. Hasta ahora esa información había sido pasada de un ser vivo a otro. Ya no tiene que ser así. La materia inerte contenida en unos botes de plástico y cristal puede traerse a la vida sin necesidad de un rayo, una esencia vital o un dios. Y este nuevo poder permitirá la manipulación a gran escala de los organismos vivos. Hasta ahora, la modificación genética ha sido el trabajo de aprendices y oficiales. Este nuevo paso es, en el verdadero y original sentido de la palabra, una obra maestra. Es la demostración de que el profesional se ha convertido en maestro.
El anuncio es importantísimo y transcendente. Pero no es inesperado. Hacemos a continuación un breve repaso a la trayectoria seguida por Venter y su equipo (en adelante, Venter) hasta llegar a este punto.
El viaje a la maestría ha sido muy largo. Originalmente, no deseando emplearse en tareas más difíciles de lo que era necesario, Venter encontró la cosa viva más pequeña que pudo y se dispuso a hacerla más pequeña. El bicho que escogió fue Mycoplasma genitalium, una criatura que, como su nombre indica, vive en los genitales. Con sólo 485 genes, es la bacteria que vive independientemente más pequeña. A continuación desactivó los genes uno a uno para ver cuáles afectaban a su viabilidad, con la esperanza de hacer un organismo aún menor que pudiese usar entonces como modelo para su síntesis.
Esto terminó siendo un callejón sin salida. Aunque se descubrió que la bacteria podía vivir sin 100 genes, al menos en las condiciones del laboratorio, no podía pasar sin todos ellos a la vez. Y encontrar qué genomas reducidos, al menos parcialmente, podrían servir llevó demasiado tiempo, porque M. genitalium crece muy lentamente.
Por si esto fuese poco, la razón para desear un genoma muy pequeño empezó a desaparecer. Las técnicas de síntesis de ADN iban mejorando cada vez más y eran más y más baratas en términos de dólares por base. Así que Venter cambió de opinión y se decidió a ir a por una versión ligeramente modificada del genoma completo de M. genitalium.
Por esta época, en 2003, sintetizó el genoma de un virus, Phi-X174, que sólo tiene 11 genes. No fue el primer virus artificial; un equipo de la Universidad del Estado de Nueva York en Stony Brook había hecho una copia del virus de la polio el año anterior. Pero el de Stony Brook era algo limitado, sólo capaz de reproducirse. El de Venter era de verdad: cuando introdujo el ADN viral en células huésped, éstas comenzaron a escupir nuevos virus tan autodestructivamente como las células infectadas con el Phi-X174 natural.
La idea subyacente a los esfuerzos para crear una bacteria artificial era, esencialmente, tratar un genoma sintético grande como una versión gigante de Phi-X174 y usarlo para secuestrar una célula a la que se habría desprovisto de su ADN. La diferencia era que esta vez el resultado no sería una célula que produciría más virus, sino una célula que produciría más células. Para cuando la célula así secuestrada hubiese sufrido varias divisiones, toda traza de su ser anterior habría sido borrada; sus varias veces tataranietas se habrían convertido en células correspondientes al ADN secuestrador.
Sintetizar el genoma resultó algo relativamente sencillo. Fue dividido en “cassettes” de unos 1.000 pares de bases de longitud (un par de bases es una de las “letras” de las que se compone el ADN). Se unieron mediante química estándar, nada nuevo, sólo mucho trabajo delicado y laborioso. Para unir las cassettes en el orden correcto para producir el genoma final el equipo utilizó células de levadura.
En este punto era necesario preparar los cadáveres, lo que demostró ser muy complicado. No era sólo coger una bacteria muy relacionada con M. genitalium, quitarle el ADN y ya está. Las bacterias tienen defensas contra los virus en forma de sustancias químicas llamadas enzimas de restricción, que se dedican a cortar el ADN invasor. Estas enzimas (descubiertas en los años 70 por Hamilton Smith, estrecho colaborador de Venter; trabajo que le valió el premio Nobel) estarán en el cadáver libre de ADN acechando y, en cuanto llegue el ADN sintético, se dedicarán a cortarlo antes de que haga su trabajo. El último trabajo en esta carrera de obstáculos era la creación de una cepa de bacterias sin genes para la síntesis de enzimas de restricción y, por consiguiente, un cadáver sin enzimas de restricción en el que ADN sintético pudiese trabajar sin interferencias. [Véase Transplantes de genoma sin rechazo: un paso hacia la vida artificial]
O casi el último paso. M. genitalium todavía tenía el problema del crecimiento lento, por lo que Venter decidió cambiar a Mycoplasma mycoides. Esta bacteria tiene el doble de ADN, pero eso ya no importaba a estas alturas. Para hacer la nueva bacteria reconociblemente diferente, Venter borró 14 genes que se consideraban prescindibles de M. Mycoides, y añadió un poco de ADN diseñado desde cero en un proceso que Venter llama “marcado al agua”.
En este punto Venter, ya con hechuras de maestro, se permitió lo que en toreo se llama adornarse. La “marca al agua”, según Venter, incluye para quien sea capaz de leerlo y descifrarlo, un cifrado que contiene la dirección de una página web y tres citas (una se puede ver aquí). La textualidad de la marca al agua identifica a una bacteria que la contenga como procedente del laboratorio de Venter, incluyendo el número de serie JCVI-syn1.0. La idea original de referirse al resultado como Mycoplasma laboratorium, y que fuese reconocida como una nueva especie, ha sido abandonada, de momento.
La marca al agua, como decimos, no es sólo para lucimiento del maestro. Significa que si, a pesar de las precauciones, el Frankenbicho termina escapando, su presencia (completamente inocua, por otra parte) sería detectada en cualquier muestra mediante un simple ensayo de amplificación de ADN del que usa la policía para las huellas genéticas. A nadie se le oculta que la marca al agua también será útil si los ADN sintetizados en un futuro terminan patentándose.
Una vez que el genoma finalizado se insertó en la bacteria sin genoma, el funcionamiento del conjunto volvió a ser la microbiología que habría sido familiar para los pioneros de esta ciencia del siglo XIX. El fluido con la bacteria se sembró en placas con agar. Los puntos que aparecieron en el agar como bacterias individuales crecieron y se multiplicaron. Como comprobación, los investigadores secuenciaron el ADN de algunas colonias (el genoma del Mycoplasma es la clase de cosa que un secuenciador moderno puede liquidar antes del café de media mañana). Las colonias tenían, realmente, los genomas sintéticos. La obra maestra estaba viva.
Referencia:
Gibson, D., Glass, J., Lartigue, C., Noskov, V., Chuang, R., Algire, M., Benders, G., Montague, M., Ma, L., Moodie, M., Merryman, C., Vashee, S., Krishnakumar, R., Assad-Garcia, N., Andrews-Pfannkoch, C., Denisova, E., Young, L., Qi, Z., Segall-Shapiro, T., Calvey, C., Parmar, P., Hutchison, C., Smith, H., & Venter, J. (2010). Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome Science DOI: 10.1126/science.1190719

4 comentarios:

Jesús dijo...

Siguiendo con la metáfora de la inforamción, viene a ser lo mismo que fotocopiar un libro (el genoma de Mycoplasma mycoides) y luego encuadernarlo (Saccharomyces cerevisiae) con tapas nuevas (Mycoplasma capricolum).

Bueno, es un primer paso que demuestra que la técnica funciona. Aunque el desafío va a estar en "diseñar" secuencias funcionales y no "fotocopiarlas" de otros organismos.

Daniel Marín dijo...

Fantástico resumen del avance de Venter, al menos, el mejor que he podido leer en la red.

Un saludo.

César Sánchez dijo...

Hola César (somos tocayos). Quiero aclarar algunos conceptos equivocados (en mi opinión) que "enturbian" tu artículo; el cual está, por otra parte, muy bien escrito.

Creo que te has dejado llevar por las metáforas, debido a algunos conceptos confusos. Por ejemplo:

Venter no partió de "piezas de cuerpos muertos", sino de ADN "sintético" y células vivas de la bacteria receptora (M. capricolum).

Para la fabricación del ADN sintético no sólo fueron necesarios productos químicos, sino también células vivas: la bacteria Escherichia coli y, sobre todo, la levadura.

La frase "El resultado es la primera criatura (...) que no tiene un ancestro" me parece incorrecta. La secuencia del ADN sintético es prácticamente idéntica a la del ADN natural de la bacteria M. mycoides. Además, las células receptoras no estaban muertas, y no se les había extraído su ADN. Por tanto, las "células sintéticas" tienen, al menos, dos tipos de progenitores (ninguno de los cuales es un ordenador, como llegó a decir el propio Venter).

El ADN sintético fue introducido en células vivas de la bacteria receptora, que lógicamente tenían su propio ADN. Esto se realizó mediante una variación de una técnica bien conocida: la transformación (aunque Venter usa el término "trasplante").

Estas células "transformadas" contenían inicialmente dos tipos de ADN (el suyo natural y el sintético). Cuando estas células se dividieron, los genomas se repartieron entre las células hijas. Así, algunas de ellas heredaron el ADN natural, mientras que otras heredaron el sintético. Los investigadores utilizaron un antibiótico para matar las células que tenían el ADN natural, y quedarse con aquellas otras que tenían el ADN sintético (el cual contenía un gen de resistencia al antibiótico).

Venter no ha demostrado "que la esencia de la vida es la información". Recomiendo la lectura del artículo de Miguel Vicente en su blog, Esos pequeños bichitos: Venter en 2010 comprueba de nuevo que Avery, ya en 1944, tenía razón.

Las frases "Hasta ahora esa información había sido pasada de un ser vivo a otro (…) La materia inerte contenida en unos botes de plástico y cristal puede traerse a la vida sin necesidad de un rayo, una esencia vital o un dios" me parecen metáforas llevadas demasiado lejos. Me remito a mis comentarios anteriores.

Los cassettes de 1000 pares de bases (pb) no se unieron mediante "química estándar", sino mediante recombinación en células de levadura para formar fragmentos progresivamente crecientes de 10 kilobases ( = 10.000 pb), 100 kilobases y, finalmente, el genoma completo (1080 kilobases).

Otras frases de tu artículo: "En este punto era necesario preparar los cadáveres (...) coger una bacteria muy relacionada con M. genitalium, quitarle el ADN (...) Estas enzimas (...) estarán en el cadáver libre de ADN..." -- como ya he dicho, no hizo falta preparar ningún "cadáver", ni quitarle su ADN.

Perdona que me haya extendido tanto. En los últimos días se han dicho y escrito tantas estupideces sobre este tema que lo raro es que haya alguien con alguna idea clara del asunto (con la excepción de los científicos que trabajan en este campo, que tienen los conocimientos para valorar adecuadamente los nuevos avances, a pesar de la manipulación mediática). Recomiendo también la lectura de 10 preguntas sobre la supuesta creación de vida en el laboratorio, del blog La ciencia y sus demonios.

Te animo a que sigas escribiendo en tu blog. Ojalá hubiera más gente como tú, divulgando la ciencia en un lenguaje accesible y ameno.

Manchok dijo...

La vida es la prueba inimitable mas hermosa de que Dios, es nuestro creador y solo en el existe la real sabiduria. La ciencia es un camino que en el bien, nos permite entender que existe arquitectura divina.