Evolución química en el laboratorio: una bacteria incorpora un veneno como base genética.

Un equipo internacional de investigadores encabezado por Philippe Marlière, de Heurisko Inc. (Estados Unidos), ha sido capaz de generar en el laboratorio una cepa bacteriana cuyo material genético reemplaza la base timina, una de las cuatro que componen el alfabeto del ADN, con una molécula análoga, 5-clorouracilo, pero que en condiciones normales es venenosa. Este logro tiene implicaciones importantes para la xenobiología y para la seguridad en la producción de organismos sintéticos. Los resultados se publican en Angewandte Chemie.

Timina

Los investigadores comenzaron con una cepa de Escherichia coli genéticamente modificada que ya no puede producir timina (5-metiluracilo). Estas bacterias se cultivaron durante muchas generaciones en presencia de cantidades cada vez mayores de 5-clorouracilo. Cada vez que la población caía por debajo de un determinado nivel, las bacterias recibían una pequeña dosis de medio de cultivo libre de clorouracilo pero con algo de timina, lo que les daba la oportunidad de recuperarse. La concentración de clorouracilo se incrementaba automáticamente cada vez que las variantes genéticas de las bacterias iban tolerando mejor el veneno.

5-clorouracilo

Continuando de esta manera se llegó a concentraciones de clorouracilo que ya eran difícilmente tolerables por las bacterias. Tras unas 1000 generaciones, los microorganismos se habían adaptado a las nuevas condiciones ambientales incorporando el 5-clouracilo a su ADN para reemplazar a la timina en un 90%. Un análisis pormenorizado del genoma mostró que el proceso de adaptación había resultado en multitud de cambios en el material genético.

La xenobiología es una rama nueva de la biología sintética. Su objetivo es crear organismos que posean metabolismos no encontrados en la naturaleza que puedan sustentarse en fuentes de energías alternativas o capaces incorporar sustancias nocivas o que produzcan compuestos de interés farmacológico/industrial. Uno de los riesgos más graves a los que se enfrenta la xenobiología desde el punto de vista de la seguridad es la contención de los organismos que produce, esto es, impedir que se escapen y reproduzcan libremente. El trabajo de Marlière et al. ofrece una vía para una contención más efectiva ya que los organismos con sus genomas modificados de esta manera no pueden reproducirse con los naturales.

No podemos dejar de mencionar los paralelismos de este estudio con los de la presunta vida basada en el arsénico, si bien las diferencias metodológicas (y químicas) son evidentes.

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la VI Edición del Carnaval de Química que organiza Divagaciones de una investigadora en apuros y en el Biocarnaval de Verano que alberga MarimarusBlog.  

Referencia:

Marlière, P., Patrouix, J., Döring, V., Herdewijn, P., Tricot, S., Cruveiller, S., Bouzon, M., & Mutzel, R. (2011). Chemical Evolution of a Bacterium’s Genome Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.201100535