AQUÍ LLEGA LA VIDA ARTIFICIAL
Cultivar células desde cero en laboratorio o fabricar ADN de diseño es un viejo anhelo de los científicos que cada vez está más cerca. Descubre los últimos prodigios de la biología sintética.
Explorar los recodos de un volcán activo, donde las fuentes hidrotermales, las charcas de barro caliente y las fumarolas arrojan andanadas de azufre con peste a huevo podrido, no parece la mejor opción para un científico como David Deamer, que intenta entender el milagro de la vida en la comodidad de su laboratorio. Bumpass Hell –el Infierno de Bumpass– está a pocas horas en coche de la localidad de Santa Cruz, en California, y su nombre recuerda a Kendall Vanhook Bumpass (1809–1885), pionero que exploró por primera vez la zona. “Admito que es peligroso trabajar en estos ambientes. Bumpass se escaldó una pierna al romperse la fina corteza que cubría un charco de barro hirviendo y se la tuvieron que amputar”, reconoce Deamer.
INVESTIGACIÓN EN UN VOLCÁN DONDE EL TERMÓMETRO MARCA 89 ºC
Como prueba de ello, este biólogo –una de las máximas autoridades mundiales en la investigación sobre el origen de la vida a nivel molecular y autor de doce libros– nos envía unas fotos del pasado mes de septiembre, cuando estuvo allí con sus colegas recogiendo muestras en los alrededores del volcán Lassen. El enclave es una sucesión interminable de magma y rocas volcánicas de un gris pálido, y los vapores blanquecinos forman una niebla envolvente. El subsuelo arde. En una de las imágenes, un termómetro marca 89 ºC.
El trabajo de campo ha sacado a Deamer de su plácido laboratorio en la Universidad de California en Santa Cruz. Desde hace años explora parajes como este, probablemente similares a los de la joven Tierra, hace 3.800 millones de
años. Y siempre con una pregunta senJ cilla en la mente: si la vida se formó mediante un delicado ensamblaje de moléculas, capaces de contener información y duplicarse a sí mismas, ¿cómo demonios se protegieron de entornos tan hostiles?
Ahora viajamos a los alrededores del volcán Mutnovsky, en la península rusa de Kamchatka, donde Deamer realiza un experimento fascinante. Extrae una pequeña botella de polvo blanco repleto de ingredientes esenciales para cocinar vida: cuatro tipos de aminoácidos, ácidos nucleicos, glicerol –un tipo de alcohol–, fósforo y lípidos –grasas–. Busca el lugar adecuado, un charquito de una fuente hidrotermal, y vierte el contenido de la botella. Como describe en la revista Scien
tific American, en cuestión de minutos la mezcla forma una espuma que se seca en los bordes del charco.
Deamer espera que los elementos químicos se unan creando polímeros –moléculas complejas formadas a su vez por otras encadenadas–, tal y como ha sucedido en su laboratorio. Y que los lípidos encapsulen estos collares a modo de estructuras protectoras. Porque si las primeras formas moleculares vivas surgieron así, en ciclos largos y complejos donde las mezclas se humedecían y se secaban, tuvieron que protegerse mediante membranas. Para Deamer, la vida es inconcebible sin ellas; no es de extrañar que le obsesionen. Ya las ha recreado en su laboratorio, pero falta comprobar que se forman en la naturaleza.
OBJETIVO: CREAR UN MICROBIO QUE SE REPRODUZCA Y EVOLUCIONE
Si su investigación u otra similar lograsen desentrañar paso a paso esos procesos, ¿llegará el día en que los científicos consigan fabricar una versión totalmente sintética de la vida? La imaginación popular encaja el mito moderno de Frankenstein en una iconografía en la que, entre vapores y humo primitivo, sale una criatura reptando desde el interior de una probeta. El creador aparece como el villano de la función, pero Deamer no está hecho de esta pasta: se conformaría con una versión molecular capaz de hacer réplicas de sí misma y evolucionar, lo cual quizá no resulte apasionante para un guionista de Hollywood. “Yo creo que sería posible ensamblarla en condiciones de laboratorio. El reto real, la prueba definitiva, sería comprobar si ese sistema puede sobrevivir en la naturaleza; por ejemplo, en una fuente hidrotermal”, responde Deamer a MUY.
El experto recuerda los logros de sus colegas. Jerry Joyce, del Instituto Salk de Estudios Biológicos, en California, ha sintetizado ácido ribonucleico (ARN) capaz de evolucionar. Esta sustancia es clave en la transferencia de información del ADN para las formas de vida terrestres, y algunos expertos piensan que fue el verdadero origen, el big bang biológico, de las células. Aunque Joyce y su equipo todavía no han aprobado la asignatura principal: que ese ARN se replique por sí mismo.
Lo que intenta Jack Szostak, de la Universidad de Harvard y premio Nobel de Medicina en 2009, es introducir dentro de membranas un sistema orgánico con el don de la división. Para ello hay que superar tres obstáculos: obtener una molécula de ARN que haga copias de sí misma, crear una barrera de lípidos circular que también pueda replicarse y lograr que los polímeros entren dentro de dichas membranas. Con el tiempo, estos sistemas podrían evolucionar y diversificarse.
FOTOCOPIADORAS BIOQUÍMICAS FABRICADAS EN EL LABORATORIO
Y Philipp Holliger, de la University College de Londres, ha desarrollado una versión sintética de las ribozimas –enzimas de ARN capaces de catalizar reacciones químicas– que funcionan a modo de biofotocopiadoras: leen las hebras de ácido ribonucleico y segregan réplicas. En la naturaleza, las ribozimas se dividen sin problemas, “pero las que hemos fabricado nosotros no son lo suficientemente
activas y precisas como para que sirvan de herramientas en la investigación genética”, admite Holliger. Las polimerasas desempeñan un papel similar con el ADN; gracias a ellas, a los forenses les basta un pelo o una gota de sudor o de saliva para identificar a la persona que estuvo en el lugar de los hechos sin margen de error.
¿Y qué hay del propio ADN, el ácido desoxirribonucleico? Este es capaz de plegarse de un modo insólito para ocupar el menor espacio posible y sin perder una migaja de información, la necesaria para construir una ameba o una inteligencia como la de Albert Einstein. De acuerdo con Holliger, si conseguimos solucionar los problemas de cómo rescatar la información y evitar la degradación del ADN, este nos permitiría almacenar mucha información de manera más eficiente, lo que daría lugar a un nuevo tipo de computación en el futuro.
ADN ARTIFICIAL O CÓMO MANEJAR INFORMACIÓN GENÉTICA A LA CARTA
Y ya hay un camino trazado hacia ese mañana: el del ácido nucleico artificial o xenonucleico –AXN–. Este polímero sintético puede llevar las cuatro letras básicas del código genético –las bases nitrogenadas timina (T), adenina (A), citosina (C) y guanina (G)– y otras suplementarias, o un tipo diferente de los azúcares y fosfatos que constituyen los ácidos nucleicos.
Las hebras de ADN se replican gracias a las enzimas copiadoras. Al mismo tiempo, la biología dicta que para que las células puedan fabricar proteínas, las enzimas tienen que leer antes una especie de copia
de papel carbón compuesta de ARN; esto es, una transcripción de las valiosas ins- trucciones custodiadas en el ADN confinado dentro del núcleo celular. Esto puede cambiar con el AXN, capaz también de transportar información genética. Los biólogos lo introducen en microbios para ver qué pasa; es como colocar piezas artificiales en la maquinaria de un organismo vivo. “Se han incorporado pequeños pedazos de AXN a genomas bacterianos, que los microbios necesitaban leer para sobrevivir. No todos los ensayos funcionaron”, indica Vitor B. Pinheiro, experto en biología sintética de la University College de Londres.
El equipo de Holliger ha creado enzimas artificiales de AXN que leen las hebras del ácido xenonucleico original y generan copias de ADN, que a su vez son transcritas a AXN, es decir, a sus descendientes. En otras palabras, ¡pueden evolucionar! El problema es que las
xenoenzimas que trasmiten la información son incapaces de reproducirse. ¿Hasta qué punto se podría crear entonces un organismo sintético gracias al AXN? Pinheiro cree que, pese a las dificultades, sí veremos virus y bacterias así cocinadas.
DIMINUTOS ARTEFACTOS PARA DESTRUIR CÉLULAS MALIGNAS
El último avance, que acaba de ser publicado en Nature, abona el optimismo: un grupo de científicos ha conseguido por primera vez que una bacteria con ADN sintético de seis letras –las usuales T, A, C, G y dos añadidas, X e Y– produzca una proteína. Es de color verde fluorescente y contiene aminoácidos no presentes en la naturaleza. Las posibles aplicaciones en el campo de la nanotecnología y la medicina son prometedoras. Los investigadores tendrían a su disposición artefactos minúsculos capaces de albergar información, idóneos para futuras terapias contra los tumores cancerosos y otras enfermedades. “Como el ADN se degrada con facilidad en los fluidos biológicos, podría reemplazarse por estructuras de AXN, mucho más estables”, confía Holliger. Los asistentes a las conferencias sobre biología sintética suelen preguntar cuándo asistiremos al parto del primer xenoorganismo, lo que puede producir alguna confusión. El término xenobiología fue usado por el escritor de ciencia ficción Robert Heinlein en 1954 para
referirse a la biología extraterrestre, mientras que aquí hablamos de seres fabricados en la Tierra. Y en este campo surge un nombre con luz propia: el biólogo y empresario norteamericano Craig Venter, famoso por fundar el proyecto privado de la secuenciación del genoma humano, que compitió con la iniciativa pública.
En 2010, Venter y su equipo del instituto que lleva su apellido –el J. Craig Venter Institute– anunciaron que habían creado la primera célula sintética. Pero ¿fue así? En realidad, copiaron el genoma de una bacteria llamada Mycoplasma mycoides y colocaron etiquetas o marcas de agua entre sus genes para insertarla en otro microorganismo al que se había despojado de su ADN. El punto de partida consistió en copiar las instrucciones genéticas de un organismo vivo, no en diseñar uno desde cero.
EL KIT DE ADN MÍNIMO PARA QUE UNA MICROBIO PUEDA SOBREVIVIR
En 2016, Venter y sus colegas dieron un paso adelante al romper el genoma de la bacteria Mycoplasma mycoides en ocho fragmentos e insertarlos en otras células para ver cuáles salían adelante. Así establecieron el número de genes mínimos para la vida bacteriana, incluidos aquellos que, aunque no codificaran proteínas, resultaban esenciales para su viabilidad. La cifra final era 473, el mínimo genético requerido, si bien fueron incapaces de desvelar la función de 149. ¿Estamos hablando ahora de organismos genuinamente sintéticos?
“Ya se ha creado un virus de la polio a partir de genomas reales, y lo que ha hecho el grupo de Venter es similar. Mucho más difícil sería sintetizar ADN viral desde cero. Hasta donde yo sé, nadie lo ha intentado aún”, indica Deamer. Y crear una bacteria completamente sintética entraña mayores dificultades; queda camino que recorrer. “Hasta ahora, solo hemos logrado estropear la organización de las células bacterianas, transformándolas en una especie de Zanco Panco –el personajehuevo en el libro Alicia en el País de las
Maravillas– que se cae desde un muro, se hace trizas y no podemos recomponer de nuevo”, resume Deamer.
CREAR UNA BACTERIA COMPLETAMENTE ARTIFICIAL AÚN ENTRAÑA ENORMES DIFICULTADES