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En Cierta Ciencia, de la mano de la genetista Josefina Cano nos acercamos, cada quince días, al trabajo de muchos investigadores que están poniendo todo su empeño en desenredar la madeja de esa complejidad que nos ha convertido en los únicos animales que pueden y deben manejar a la naturaleza para beneficio mutuo. Hablamos de historias de la biología.

Biología sintética y bioseguridad.

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Los microorganismos, para poder sobrevivir, han tenido que enfrentar ambientes hostiles y en constante cambio. Lo han hecho durante miles de millones de años desarrollando mecanismos sofisticados que captan esos cambios y responden de igual manera, ajustando su maquinaria genética. La biología sintética usa esas habilidades y las dirige a reprogramar microorganismos para que realicen tareas diversas, dirigidas por los investigadores, y orientadas a objetivos concretos como agilizar el diagnóstico de enfermedades, abaratar el costo de las drogas, de los biocombustibles, algo que permitirá mejorar condiciones de vida y en el futuro y con inversiones de los países desarrollados, ponerlas al servicio de quienes no tienen acceso a ellas.

La biología sintética es una rama relativamente nueva de la ciencia, que cuenta con el trabajo conjunto de biólogos, ingenieros, diseñadores de software y químicos. Se ocupa de crear tecnologías para diseñar y construir nuevos organismos como bacterias, virus, levaduras y algas con propiedades diferentes a las originales. Entendiendo cómo los elementos genéticos trabajan juntos se puede combinarlos para producir aplicaciones de gran utilidad. Se trata de reprogramar el ADN de las células para dirigir su funcionamiento con determinados fines.

“Tenemos una nueva habilidad para leer, escribir y editar el ADN, el código de la vida” dice Michael Jewett, uno de los pioneros en el campo. Los progresos tan rápidos que se han hecho en la pasada década en el secuenciamiento y la síntesis del ADN han permitido un desarrollo acelerado en los usos de la biología sintética.

En medicina, los investigadores están diseñando microbios que buscan y destruyen tumores en el cuerpo antes de autodestruirse. Igual se pueden reprogramar las células del sistema inmunológico para producir terapias personalizadas contra el cáncer.

Las investigaciones de Keith Tyo, ingeniero biológico en la universidad de Northwestern, una de las mejor equipadas en equipos, presupuesto y por supuesto científicos –la mayoría de ellos muy jóvenes–, están encaminadas a resolver el problema de los altos costos de las drogas contra el sida y la tuberculosis, usando células reprogramadas que las sintetizan con mayor eficacia. Tyo lidera también una iniciativa para entrenar biólogos sintéticos en problemas de salud en Nigeria y Sudáfrica. Su interés es la búsqueda de soluciones a enfermedades usando la biología sintética, como la construcción de un plátano que contenga las proteínas de una vacuna. Así comerse un plátano eliminaría los costosos y a veces no funcionales planes de vacunación.

La malaria es una enfermedad que mata a más de un millón de personas al año y que infecta a otras 500 mil, en su mayoría niños pequeños. Se trata con artemisina, un químico derivado de una planta, la Artemisa annua, o ajenjo dulce. El problema es que su cultivo está sujeto a las vicisitudes del clima y las fluctuaciones del mercado, algo que no garantiza una producción estable y pone en riesgo miles de vidas. Con la biología sintética, la artemisina se produce en levaduras reprogramadas, asegurando un producto estable y de menor costo.

El aceite usado para fabricar detergentes viene de las semillas de las palmas que crecen en la selva tropical húmeda. Una compañía belga, Ecover, usa un alga cuya secuencia de ADN ha sido cambiada en el laboratorio para producir el mismo aceite. La compañía, conocida por fabricar productos que no afecten el medio ambiente, anuncia que su interés en sustituir el aceite de palma por el fabricado en el laboratorio es proteger la terrible deforestación de la selva tropical húmeda –para darle espacio a los enormes plantíos de palmas– deforestación que tiene graves consecuencias en el ecosistema y que amenaza la existencia de muchas especies en vías de extinción.

La ingeniería genética, la biotecnología y ahora la biología sintética no son otra cosa que lo mismo que hicieron las primeras civilizaciones hace casi una decena de miles de años. El pan usa levadura, la cerveza igual. La biología sintética convierte la levadura en una fábrica enorme de muchos productos, desde aceites esenciales, biocombustibles, saborizantes, drogas, y la lista seguirá creciendo.

La biología sintética es como el hierro: con él se pueden hacer agujas para coser o dagas para matar. Siempre podrá haber un uso doble pero para asegurar que no se caiga en problemas éticos y se garantice un buen uso de la tecnología, los laboratorios se están blindando con medidas de seguridad.

Es lo que se conoce como mecanismos de contención biológica: construir salvaguardas biológicas para prevenir que los organismo diseñados puedan sobrevivir en lugares para los que no lo fueron. Para ello, genetistas y biólogos sintéticos están tomando prestadas las herramientas de seguridad de la ingeniería.

“Alterar la genética de E. coli para que no pueda usar un nutriente que está en la naturaleza no siempre funciona”, afirma George Church, profesor de Genética en la Universidad de Harvard, porque muchas de esas bacterias se las arreglan para encontrarlo en sus alrededores. La treta de él y su equipo de investigadores fue volverlas dependientes de un nutriente que no se está en la naturaleza.

“Si usted diseña un químico que es potencialmente explosivo, le pondrá un estabilizador. Si fabrica un carro, le pondrá cinturones de seguridad y bolsas de aire” dice Church. Y, si como es el caso de su grupo de investigadores que ha creado el primer organismo recodificado del mundo –una cepa de E. coli con un genoma radicalmente cambiado– la contención biológica consistirá en hacer que la vida de la bacteria dependa de algo que sólo se le puede suministrar en el laboratorio.

Church y sus colegas reportaron el pasado 21 de enero en un artículo en la revista Nature que habían modificado aún más esa E. Coli incorporándole, en diversos puntos de su genoma, un aminoácido sintético. Sin ese aminoácido (el ladrillo que construye las proteínas), la bacteria no podrá completar sus trabajos, entre ellos el primero, la supervivencia. La E. coli no puede hacer ella sola ese aminoácido artificial ni encontrarlo por ahí: tiene que comerlo en el laboratorio donde se ha cocinado.

Además, “Nosotros tenemos ahora el primer ejemplo de ingeniería a nivel del genoma, más que edición y copia de genes” dice Church. “en este momento, el de E. coli es el genoma alterado de la forma más radical, en términos funcionales. Tenemos no solo un nuevo código sino también un nuevo aminoácido y el organismo es totalmente dependiente de él”.

El equipo de Church también volvió la E coli resistente a dos virus, con planes para ampliar la lista. Esto convertiría a las cepas bacterianas en más seguras y permitiría su uso con menos temores, dado que la E coli es uno de los organismos más utilizados en la industria.

Pero no satisfechos con estas medidas de bioseguridad, Church y su equipo decidieron ir más adentro en la bacteria y trabajar con proteínas que dirigen las funciones esenciales de la célula. “Si se coloca el mecanismo de contención en la periferia, digamos en la pintura de un carro, este seguirá andando. Otra cosa es ponerlo en el motor…” añade Church.

Su equipo usó herramientas de la computación para diseñar proteínas que pudieran causar el efecto deseado de “una dependencia irreversible, sin escapatoria”. Escogieron las mejores candidatas, las sintetizaron y las probaron en la E. coli. El resultado: tres proteínas rediseñadas en dos cepas de E. coli completamente
dependientes, con posibilidades de escapar cada vez más restringidas. El grupo cultivó mil billones de E. coli en varios experimentos y después de dos semanas ni una sola pudo escapar, llegando a ser el número 10.000 veces más seguro que el establecido por los Institutos Nacionales de Salud para los organismo resultado de la ingeniería genética.

“Como parte de nuestra dedicación al desarrollo de una ingeniería biológica segura, estamos tratando de ser muy buenos creando sistemas de contención para desarrollar algo que eventualmente sea biológicamente tan seguro que no necesitemos ya contención física” finaliza Church.

Tal vez todas estas precauciones logren borrar de la cabeza de los enemigos de la biotecnología, temores infundados que tantos desastres han causado en el terreno de los transgénicos.


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