Durante miles de millones de años, la vida en la Tierra ha seguido un manual genético notablemente estable: 64 tripletes de ADN, llamados codones, que determinan cómo se ensamblan los aminoácidos para formar proteínas. Sin embargo, en un laboratorio de Cambridge, un equipo de científicos ha logrado reescribir literalmente las reglas de la vida, demostrando que los organismos pueden funcionar con un código genético más simple.
El equipo del Laboratorio de Biología Molecular (LMB) del Consejo de Investigación Médica en Cambridge diseñó una bacteria Escherichia coli modificada, bautizada como Syn57, que opera con apenas 57 codones genéticos en lugar de los 64 estándar que utilizan prácticamente todos los organismos vivos conocidos.
En otras palabras, han creado una bacteria con un código genético dramáticamente comprimido que funciona con menos instrucciones que cualquier forma de vida conocida en la Tierra, desafiando uno de los principios más fundamentales de la biología.
Para lograr esta hazaña, los investigadores tuvieron que reescribir el genoma bacteriano desde cero, realizando más de 101.000 cambios en sus instrucciones genéticas.
"Este fue un esfuerzo gigantesco", dijo Wesley Robertson, uno de los investigadores principales del LMB, en entrevista con New Scientist. "Con la tecnología actual, este es probablemente el código más comprimido que puede utilizar la vida", añadió en declaraciones reportadas por el medio Interesting Engineering.
La redundancia genética: la clave del experimento
En el centro de este logro se encuentra la forma fundamental en que los organismos vivos construyen proteínas. El código genético utiliza secuencias de tres letras de ADN, llamadas codones, para especificar qué aminoácidos deben añadirse al construir proteínas, o cuándo detenerse porque una proteína está completa.
El sistema estándar de la naturaleza emplea 64 codones diferentes para codificar solo 20 aminoácidos y señales de parada, creando una redundancia significativa en el sistema. Al eliminar algunos de estos codones duplicados, los científicos pueden potencialmente liberar espacio en el genoma para asignar nuevas funciones bioquímicas.
Esta redundancia fue, precisamente, la grieta que los investigadores aprovecharon. Syn57 ha sido diseñada para eliminar siete codones "innecesarios" –cuatro de serina, dos de alanina y uno de parada– y reemplazarlos por codones sinónimos que cumplen la misma función.
A diferencia de otros proyectos anteriores, este genoma no se editó pieza por pieza, sino que fue completamente rediseñado en computadora y sintetizado desde cero.
Los investigadores liderados por Wesley Robertson anticipan que la tecnología de Syn57 podría revolucionar la producción industrial de proteínas para medicinas y otros productos biotecnológicos.Imagen: dreamerb/Depositphotos/IMAGO
Tecnología CRISPR-Cas9: Cómo reescribir el genoma desde cero
Para lograrlo, el equipo dividió el genoma en 38 fragmentos de ADN sintético, cada uno de aproximadamente 100.000 bases. Luego los ensamblaron utilizando uREXER, una herramienta avanzada que combina CRISPR-Cas9 con enzimas virales, capaz de intercambiar fragmentos de ADN en un solo paso, según reportó Interesting Engineering.
Crear Syn57 no fue simplemente cuestión de diseño por computadora. El equipo tuvo que validar su trabajo en bacterias reales para asegurarse de que no estaban introduciendo cambios perjudiciales.
"Definitivamente pasamos por períodos en los que pensábamos: '¿Esto será un callejón sin salida o podremos llevarlo a cabo?'", comentó Robertson al New York Times.
Aunque Syn57 actualmente crece mucho más lentamente que las bacterias normales, los investigadores anticipan que pueden mejorar su tasa de crecimiento para hacerla más útil comercialmente. "Anticipamos que podremos mejorar la tasa de crecimiento, para que sea más útil", dijo Robertson a New Scientist.
Aplicaciones biotecnológicas
El potencial comercial de esta tecnología es significativo. Con modificaciones adicionales, Syn57 podría volverse completamente resistente a infecciones virales, proporcionando una ventaja importante para la producción industrial de proteínas utilizadas en medicinas, alimentos o cosméticos. Esto es porque los virus dependen del código genético estándar de su huésped para replicarse, así que, si el código se cambia, las proteínas virales se producirán incorrectamente.
Una empresa derivada llamada Constructive.Bio ya está desarrollando aplicaciones comerciales basadas en trabajos anteriores que liberaron tres codones en una bacteria llamada Syn61.
Futuro de la ingeniería genética
Quizás lo más intrigante es el potencial para expandir el repertorio químico de la vida misma. Con modificaciones adicionales, Syn57 podría utilizarse para producir proteínas que contengan hasta 27 aminoácidos diferentes, mientras que las proteínas naturales contienen solo 20. Estas proteínas sintéticas podrían potencialmente hacer cosas inalcanzables con proteínas normales.
"Syn57 tiene más espacio para introducir más aminoácidos no canónicos, ofreciendo mayores oportunidades para ampliar aún más el código genético", afirmó el equipo, según un comunicado de prensa. "Esto permitirá a los investigadores desarrollar polímeros sintéticos y macrocíclicos innovadores".
El código genético alterado también podría esterilizar efectivamente bacterias modificadas genéticamente, abordando preocupaciones sobre la propagación de genes modificados al medio ambiente natural. "Así podremos evitar la fuga de información de nuestro organismo sintético", explicó Robertson.
Este logro se basa en trabajos previos de recodificación genética. En 2019, el mismo grupo de investigación anunció la creación de Syn61, con 18.000 cambios al genoma de E. coli que liberaron tres codones. El trabajo actual, publicado en Science, fue financiado por UKRI, el Consejo Europeo de Investigación, el Wellcome Trust y otros.
