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Quilo de Ciencia

El quilo, con “q” es el líquido formado en el duodeno (intestino delgado) por bilis, jugo pancreático y lípidos emulsionados resultado de la digestión de los alimentos ingeridos. En el podcast Quilo de Ciencia, realizado por el profesor Jorge Laborda, intentamos “digerir” para el oyente los kilos de ciencia que se generan cada semana y que se publican en las revistas especializadas de mayor impacto científico. Los temas son, por consiguiente variados, pero esperamos que siempre resulten interesantes, amenos, y, en todo caso, nunca indigestos.

Ministerio de Ciencia e Innovación

Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología

Universidad de Castilla - La Mancha

Diseñadas para morir

Diseñada para morir - Quilo de Ciencia podcast - CienciaEs.com

La creación de vida artificial es un tema reiterado en muchas obras de ciencia-ficción, posiblemente iniciado por la obra de Mary Shelley, Frankenstein. Estas obras literarias o cinematográficas no solo son interesantes por suscitar el tema de la creación de vida en sí, sino porque la vida, una vez creada por el ser humano, parece siempre escapar a los designios e intenciones de su creador. Esta “rebelión de la vida” aparece una y otra vez en estas historias hasta nuestros días, como se puede comprobar en las películas de la serie Parque Jurásico: “la vida se abre camino”, afirma lapidariamente uno de los protagonistas. El camino parece ser, lamentablemente, el de rebelarse contra su creador, de manera similar a cómo el Diablo se rebeló contra Dios, según cuentan los que estuvieron allí…

Aunque la tecnología actual se encuentra lejos de poder generar vida a partir de moléculas simples, no es menos cierto que ya es posible modificar a organismos sencillos (y no tan sencillos) para conferirles propiedades que no se encuentran en la Naturaleza, y que pueden ser de utilidad. Esta modalidad de la biotecnología se denomina biología sintética. Como su nombre indica, se trata de generar, por ingeniería genética, organismos de diseño capaces de realizar nuevas funciones. Por ejemplo, se pueden diseñar bacterias que emiten luz por fluorescencia cuando detectan ciertos niveles de determinadas sustancias en el ambiente, como pueden ser una toxina, un explosivo o una sustancia contaminante, por ejemplo.

Por supuesto, estos organismos de diseño pueden no ser siempre todo lo obedientes e inocuos que deseamos y abrirse un camino para rebelarse contra su creador y causarle daño. Por esa razón, conviene no solo crearlos para que cumplan una misión muy concreta, sino diseñarlos también para que, cuando la hayan cumplido, puedan ser eliminados de manera segura. Este proceder puede parecer poco agradecido, pero es que, sin duda, la muerte impide toda rebelión.

En los últimos años, los investigadores han ido ideando diversas maneras de garantizar la seguridad de los organismos sintéticos. A principios de este año, dos equipos de investigación mostraron que era posible modificar genéticamente a la bacteria Escherichia coli de manera que, para vivir, esta necesitara de un aminoácido sintético no presente en la Naturaleza. La bacteria así modificada no puede producir el aminoácido, que debe ser incorporado a su medio nutritivo por los investigadores para permitirle crecer. En ausencia de este aminoácido, la bacteria muere.

Deadman y Passcode

Este sistema parece muy seguro, pero tiene al menos dos problemas. El primero es que se basa solo en un factor: la ausencia de un aminoácido esencial para esas bacterias. Un solo factor, por seguro que sea, puede ser superado con más facilidad que dos o tres factores conjuntos. En otras palabras, la bacteria modificada solo requiere una “llave” para abrir la puerta hacia su supervivencia. Esta sería más difícil de conseguir si la bacteria necesitara dos, tres, o incluso cuatro llaves para conseguirla. El segundo problema con el que se enfrenta este sistema es que nos veríamos limitados a utilizar esta bacteria modificada para modificarla de nuevo subsiguientemente y generar con ella bacterias sintéticas con nuevas propiedades. Sin embargo, E. coli no es la única especie de bacteria que puede resultar útil modificar genéticamente para conferirle nuevas funciones y, para utilizar estas otras especies, habría primero que “asegurarlas” impidiéndoles crecer en ausencia del aminoácido sintético, lo que no es tarea fácil, ya que requiere una extensa modificación genética (http://jorlab.blogspot.com.es/2013/12/organismos-recodificados.html).

Por estas razones, investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts han desarrollado una estrategia diferente para generar lo que ellos llaman “interruptores de muerte” seguros. Los investigadores generan dos de estos interruptores, a los que llaman Deadman y Passcode.

Deadman está basado en la idea de que algo funcione solo si se está continuamente haciéndolo funcionar, es decir, evitar el automatismo. En el caso de las bacterias, estas deben ser expuestas continuamente a una sustancia sintética no presente en la Naturaleza, o de otro modo morirán. La sustancia, en este caso, es anhidrotetraciclina. En ausencia de esta sustancia, la bacteria producirá una toxina que le inducirá su propia muerte.

Para conseguir esto, los investigadores incorporan dos nuevos genes en el genoma de la bacteria, que llamaremos A (antídoto) y T (toxina). Cuando T funciona, mata a la bacteria. Afortunadamente, T solo funciona en ausencia de A. Si A funciona, impide a T actuar y matar.

La bacteria Deadman, en condiciones normales, tendría a T siempre funcionando, por lo que no podría sobrevivir. Sin embargo, en presencia de anhidrotetraciclina, el gen A se pone a funcionar y el gen T, al contrario, se “apaga”, lo que permite la supervivencia de la bacteria.

El sistema Passcode es aún más sofisticado, ya que para impedir que funcione el gen T es necesario que funcionen a la vez otros dos genes, que podemos llamar A1 y A2, para lo que es necesario proporcionar dos sustancias artificiales diferentes. La ausencia de cualquiera de estas dos sustancias conduciría a la muerte de la bacteria.

Estos llamados interruptores genéticos de la muerte tienen la ventaja de que pueden ser amplificados a voluntad (por ejemplo, podríamos necesitar tres, cuatro o más sustancias para permitir sobrevivir a la bacteria) y pueden ser empleados en diferentes especies bacterianas, lo que extiende la posibilidad de generar organismos de diseño sintéticos con seguridad. Una nueva era biotecnológica segura se abre, poco a poco, un camino.

Referencia: C.T.Y. Chan et al., “‘Deadman’ and ‘Passcode’ microbial kill switches for bacterial containment,” Nature Chemical Biology doi:10.1038/nchembio.1979.

Obras de divulgación de Jorge Laborda

Quilo de Ciencia Volumen I. Jorge Laborda
Quilo de Ciencia Volumen II. Jorge Laborda
Quilo de Ciencia Volumen III. Jorge Laborda
Quilo de Ciencia Volumen IV. Jorge Laborda
Quilo de Ciencia Volumen V. Jorge Laborda
Quilo de Ciencia Volumen VI. Jorge Laborda
Quilo de Ciencia Volumen VII. Jorge Laborda

Circunstancias encadenadas. Ed. Lulu

Circunstancias encadenadas. Amazon

Una Luna, una civilización. Por qué la Luna nos dice que estamos solos en el Universo

One Moon one civilization why the Moon tells us we are alone in the universe

Adenio Fidelio

El embudo de la inteligencia y otros ensayos

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