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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

Organismos recodificados

Una de las razones de la universalidad de la vida es que en su mayoría comparte el mismo código genético, es decir, la información contenida en el ADN está escrita en el mismo idioma para todos los organismos. Este idioma traduce la secuencia de letras del ADN en secuencias de aminoácidos de las proteínas. Por ejemplo, las letras ATG significan el aminoácido metionina; las letras CCC, el aminoácido prolina; y las letras UAG, “stop”, es decir, que la síntesis de la proteína debe ser detenida.

La universalidad del código genético puede explicarse por varias razones. Una de las más importantes es que probablemente, tras el origen de la vida, no todos los idiomas genéticos resultaron igual de eficaces y eficientes para asegurar la supervivencia, y el idioma universal que tenemos hoy probablemente fue el más adecuado para los primitivos organismos que lo desarrollaron. Una ventaja adicional es que el mismo idioma genético permite que se transfieran genes entre organismos diferentes. Así, las bacterias se transmiten unas a otras genes de resistencia a los antibióticos, lo que les ayuda a sobrevivir. Sin embargo, un código genético universal genera también inconvenientes. Por ejemplo, un mismo código genético permite a los virus cruzar la barrera de las especies y ser más virulentos. Se cree que el virus del SIDA apareció precisamente por este mecanismo.

PROBLEMAS Y SOLUCIONES

El código genético universal plantea una serie de problemas no ya científicos sino, sobre todo, tecnológicos. Uno de los más graves es que los organismos genéticamente modificados pueden escapar al entorno y transferir los genes que llevan introducidos a otros organismos de su ecosistema. Además, el ataque de los virus a las bacterias es también un problema serio que limita el uso de estos microorganismos para fabricar proteínas de interés sanitario o tecnológico. Por último, un inconveniente adicional es que el código genético se limita al uso de 20 aminoácidos lo que, aunque puede ser la situación óptima para la vida, no lo es necesariamente para el uso tecnológico de la misma.

Por las razones anteriores, modificar el código genético en una bacteria, es decir, modificar el idioma universal de los genes, podría solucionar algunos de estos problemas. En primer lugar, este organismo genéticamente recodificado, –al cual se le había modificado el significado de, al menos, un triplete de letras, una “palabra”, del ADN– estaría genéticamente aislado del resto de la Naturaleza. Los genes que pudiera recibir de otras bacterias, o los genes de virus que lo pudieran infectar, no serían traducidos correctamente, al tratarse de idiomas genéticos diferentes. Por esta misma razón, tampoco podrían modificar a otras bacterias u organismos por transferencia accidental de sus genes y serían, además, resistentes a los virus. Adicionalmente, estos organismos podrían producir proteínas nuevas al contener estas, al menos, un aminoácido adicional no presente en las proteínas naturales.

UN PEQUEÑO GRAN CAMBIO

Cambiar el código genético de un organismo y dejarlo vivo no es tarea fácil. Sin embargo, lo han logrado investigadores de varias universidades y centros de investigación estadounidenses, los cuales publican estos resultados en la revista Science. Para conseguirlo, los investigadores utilizaron la propiedad de la redundancia del código genético, es decir, la propiedad de utilizar varias “palabras” con el mismo significado. Esta redundancia es también típica de los lenguajes humanos, ya que numerosas palabras cuentan con sinónimos. En el caso del código genético, por ejemplo, las tres palabras UAG, UAA, y UGA significan “stop”. Esta redundancia hace posible sustituir en el genoma una de esas palabras por otra equivalente sin que el código se vea afectado para producir proteínas correctamente.

Los investigadores eligieron sustituir la palabra UAG por su sinónimo UAA en todo el genoma de la bacteria Escherichia coli. La palabra UAG se seleccionó porque era conocido que estas tres letras son las menos frecuentes en el genoma de la bacteria (sólo contiene 321 UAGs), lo que facilitaba su sustitución. Además, estudios anteriores habían comprobado que era posible utilizar este triplete de letras para incorporar nuevos aminoácidos a las proteínas, ya que los componentes de la maquinaria de traducción para conseguir esto se habían producido por otros laboratorios.

Así pues, si sustituimos todos los tripletes UAG por UAA en el genoma de la bacteria el nuevo código seguirá deteniendo la síntesis de proteínas de manera correcta, pero habremos liberado la palabra UAG de su significado y ahora podremos darle uno nuevo de nuestro interés: un nuevo aminoácido. Para ello, los investigadores eliminaron el factor que interpreta a la palabra UAG como “stop”. Este factor, llamado RF1, está producido por un gen que puede ser suprimido del genoma de la bacteria. Tras eliminar este factor, los investigadores introdujeron genes nuevos a la bacteria que le permitieron interpretar a la palabra UAG como un nuevo aminoácido. De esta manera, los científicos han podido generar una bacteria nueva a la que pueden incorporarle genes con palabras UAG que en lugar de detener la síntesis de las proteínas incorporan un aminoácido no natural a las mismas.

Carecemos de espacio aquí para explicar con más detalle las técnicas empleadas por los científicos para generar el primer organismo recodificado de la historia, pero el hecho es que este microorganismo existe y promete ser el primero de una serie de organismos genéticamente recodificados que podrán ser utilizados para la producción de fármacos, o de productos biológicos de interés sanitario, de manera más segura que lo que se hace hasta ahora.

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