Vida artificial y biología sintética: una aproximación al estado del arte.

Tras el vendaval de la semana pasada con la publicación por parte del equipo de Craig Venter de la creación de una célula bacteriana controlada por un genoma sintetizado químicamente, la posibilidad de obtener “vida artificial” ha pasado a primer plano de la actualidad. Hacemos a continuación una revisión, necesariamente incompleta, de los distintos enfoques que se están empleando para conseguir esta “vida artificial”, dentro de un campo más amplio, la “biología sintética”. Tomamos el trabajo de Venter como referencia a efectos de comparaciones por ser, en estos momentos, el más conocido.

Hablábamos en Venter o el Nuevo Prometeo del intento de Venter (en adelante, por simplicidad, se designa con el nombre del investigador principal al conjunto del equipo) de conseguir un genoma mínimo. En la Escuela de Medicina de Harvard (EE.UU.) Jack Szostak está trabajando para conseguir una célula mínima, cuyos componentes pueden llegar a ser bastante diferentes de los de cualquier forma de vida actual. Szostak está interesado en el origen de la vida y quiere desarrollar algo análogo a lo que él piensa que era en sus estados más primitivos: un recipiente en el que un ciclo automantenido de reacciones químicas puede reproducirse a sí mismo.

En una célula moderna, una bacteria por ejemplo, las instrucciones del ADN se transcriben en una molécula relacionada llamada ARN. Las moléculas de ARN mensajero pasan la información a estructuras llamadas ribosomas, que la leen y fabrican proteínas de acuerdo con ella. El conjunto del proceso también incluye un buen número de proteínas, llamadas enzimas, que actúan como catalizadores de las reacciones.

Muchos biólogos, Szostak entre ellos, piensan que la vida tuvo un estado primitivo más sencillo en el que las distintas tareas que ahora son llevadas a cabo por el ADN, el ARN y las proteínas, eran realizadas por el ARN solamente. Incluso hoy las moléculas de ARN no son solamente mensajeras; también son distribuidoras de aminoácidos, los componentes de las proteínas. Y también pueden catalizar reacciones, como hacen las proteínas. Entonces, en principio, el ARN podría actuar tanto de material genético de la célula como de mecanismo de autoensamblaje.

Si esta idea es cierta, sería posible hacer una célula usando solamente una membrana para mantener las cosas en su sitio, algo de ARN, ingredientes para más ARN y una fuente de energía. Esta última suele tener la forma de la molécula ATP, que es la que usan las células modernas para mover la energía de donde se ha generado a donde se usa. Szostak ya ha fabricado una variedad de ribozimas, como se conoce al ARN que actúa de catalizador, y algunos de ellos usan ATP como fuente de energía. Aún no ha conseguido un sistema que se replique a sí mismo, pero este es su objetivo.

La célula de Szostak, si así se la puede llamar, será muy diferente de la vida basada en ADN y proteínas tan familiar para los biólogos. Sería, desde algunos puntos de vista, un logro mayor que el de Venter, ya que crearía algo que se puede llamar vida partiendo realmente desde cero; pero sería de menos importancia práctica, ya que ese algo sería muy primitivo comparado incluso con la más simple de las bacterias.

Jack Szostak ha recibido el premio Nobel de Medicina de 2009 por sus estudios sobre la telomerasa. Los ganadores ese mismo año del de Química tienen mucho que ver con nuestro siguiente personaje, pues lo recibieron por los estudios referentes a la estructura y función de los ribosomas.

George Church, también de la Universidad de Harvard y uno de los iniciadores del Proyecto Genoma Humano, sueña con hacer algo inmensamente práctico que Venter ha descartado: un ribosoma. El atajo que ha tomado Venter (poner en marcha un cadáver bacteriano) significa que el bicho recién terminado tiene que depender de los ribosomas de su huésped muerto para fabricar las proteínas que el genoma describe. Sin embargo, tiene los genes para hacer sus propios ribosomas y conforme avanza el tiempo los terminará creando, diluyendo el legado con el que comenzó. Venter calcula que, una vez que JCVI-syn1.0 haya sufrido 30 divisiones, toda traza de la célula original habrá desaparecido. Pero eso no elimina el hecho de que las nuevas células se han basado en el resultado de los genes de la antigua para empezar a funcionar.

Church está trabajando en hacer ribosomas (unos artilugios complejos con docenas de proteínas y ARN) a partir de cero. Hasta ahora se las ha apañado para sintetizar todos los componentes de ARN de tal manera que, cuando se mezclan con proteínas naturales de ribosoma, forman ribosomas que funcionan. Hacer las proteínas desde cero es más difícil porque su forma es crucial para su función, por lo que no está claro si se molestará en intentarlo.

Aunque Church es de los que tiene interés en hacer cosas por primera vez, también es cierto que está concentrado en la fabricación de herramientas. Church es de la opinión de que los ribosomas artificiales podrían elaborarse especialmente para añadir nuevas posibilidades a la biotecnología, una productividad de proteínas mayor que la natural, por ejemplo. Y este es precisamente el quid de la cuestión y objetivo último: un control práctico sobre lo que se puede conseguir que haga la vida.

Otro enfoque declaradamente práctico es el de Drew Endy, de la Universidad de Stanford (EE.UU.). Endy pretende conseguir que la forma en que las células procesan la información genética sea más parecida a la forma en que lo hacen los ordenadores de andar por casa. De la misma manera que los ordenadores se construyen a partir de componentes que se pueden pedir de un catálogo, Endy está intentando construir un catálogo de componentes que él llama “biobricks” que, cuando se unen, forman “circuitos” biológicos útiles. Los biólogos “sintéticos” serán capaces de pedir tramos de ADN que codifican biobricks y unirlos para realizar sus proyectos.

El enfoque de Endy es intrigante. Su plan de “reimplementar” la vida parece más el deseo de un ingeniero de reemplazar la herencia desordenada de la biología, con todos sus ensayos y errores, con algo diseñado para que sea apropiado para el propósito práctico de un físico. Todavía queda por ver que funcione. Pero un enfoque menos completo del diseño modular está también en la base del próximo paso en los planes de Venter.

La biotecnología algunas veces se parece a esa otra popular interacción con la naturaleza, la jardinería. Se fundamenta en gran medida en podar e injertar. La biotecnología que actúa gen a gen se enfrenta constantemente al problema de que a los organismos vivos les gusta vivir su vida, independientemente de lo que sus amos humanos quieran de ellos. La poda en biotecnología implica eliminar las tendencias que podrían ser útiles a un organismo salvaje, pero que merman su energía y esfuerzos metabólicos en los aspectos deseados. Los injertos consisten en añadir nuevas características provenientes de otra parte al pie ya preparado.

Craig Venter quiere volver a su idea original de crear un genoma mínimo, podando completamente con el objeto de ser capaz de hacer a continuación un trabajo mucho más concienzudo de injerto de lo que hasta ahora ha sido posible. Es esta ambición lo que hace su trabajo algo más que una novedad impresionante, colocándolo como un hito: si lo consigue, se pasaría de una biotecnología que manipula un gen cada vez a la industria de la biología sintética, cuyo objetivo es hacer cambios masivos a los organismos vivos.

Durante la década pasada ha quedado claro que las bacterias son más que compatibles con la idea de genes intercambiables. Cada miembro de una especie bacteriana, o grupo de especies, tiene un subconjunto de genes (de cientos a unos cuantos miles) tomados del conjunto que está en un banco de genes que contiene muchos miles. Comparando grandes cantidades de bacterias diferentes pero relacionadas se puede poner de manifiesto un “núcleo duro”, el conjunto intersección, lo que vendría a ser un genoma mínimo. En su búsqueda de bacterias útiles (que puedan, por ejemplo, fabricar ciertos fármacos en cantidad), el enfoque de Venter de poda e injerto sistemático puede que sólo esté ordenando un método que se ha venido utilizando durante los últimos cuatro mil millones de años, puede que devolviéndolo incluso a sus fundamentos.

Sin embargo no planea quedarse en las bacterias. El otro reto, además del genoma mínimo, es repetir el truco con algas unicelulares.

El paso de bacteria unicelular a alga unicelular puede parecer corto. Pero las algas están al otro lado de la gran línea divisoria de la vida, la que existe entre las criaturas con un genoma simple que es sólo un gran bucle de ADN en una célula (procariotas) y aquellas otras cuyos genomas están en el interior de un núcleo y dividido en cromosomas (eucariotas). Este segundo grupo incluye a los animales, las plantas, los hongos y las algas. Sin menospreciar a las bacterias, que son notablemente innovadoras y espectacularmente duraderas, las criaturas que han tomado el camino nuclear son mucho más interesantes: el mismo Homo sapiens es una de ellas.

Las algas son interesantes por otras razones. Mucha gente, incluyendo a Venter, quiere usarlas para producir biocombustibles. Transformarían el dióxido de carbono de la atmósfera (esto es lo que se vende, industrialmente es más eficiente tomarlo de una fuente de suministro de concentración continua, como la chimenea de una central térmica) en gasolina o diésel por fotosíntesis. Por ahora, casi todos los microbios que hacen biocombustibles emplean la fermentación: la fotosíntesis la hace, por ejemplo, la caña de azúcar, y los azúcares así obtenidos son fermentados por microorganismos modificados de una forma u otra para obtener gasolina. El uso de algas eliminaría el paso intermedio.

Análogamente a la famosa ley de Gordon Moore acerca de los incrementos de capacidad de los circuitos integrados, las bases de datos mundiales se están llenando con genes de todas y cada una de las ramas del árbol de la vida a un ritmo que va aumentando conforme disminuye el coste de secuenciar el ADN. Pero como también baja el coste de sintetizarlo, también aumenta la facilidad para que los genes se sometan a un proceso de corta y pega. Partiendo de esta versión de la ley de Moore, podemos afirmar que la biología sintética, la vida artificial incluída, es sólo y exclusivamente cuestión de tiempo.