Cient铆ficos aseguran haber construido por primera vez una c茅lula desde cero capaz de alimentarse, crecer y replicarse como una c茅lula natural. Este avance en biolog铆a sint茅tica podr铆a abrir la puerta a una era de organismos dise帽ados a medida que funcionen como m谩quinas vivientes.
Kate Adamala, bi贸loga sint茅tica y profesora de la Universidad de Minnesota, y su equipo construyeron la c茅lula pieza por pieza a partir de componentes qu铆micos no vivos. La creaci贸n es un prototipo limitado y fr谩gil, pero podr铆a ayudar a los cient铆ficos a comprender mejor el origen de la vida y, potencialmente, programarse para contribuir a mitigar algunos de los mayores desaf铆os biol贸gicos del mundo. La c茅lula no pertenece a un tipo espec铆fico 鈥攏o es vegetal ni animal鈥�, aunque se asemeja m谩s a una bacteria simple.
鈥淪茅 la lista completa de ingredientes de la c茅lula. S茅 exactamente qu茅 sustancias qu铆micas y qu茅 mol茅culas contiene, as铆 como sus concentraciones鈥�, dijo Adamala. 鈥淓st谩 completamente definida, lo que significa que podemos dise帽arla鈥�.
Desde hace d茅cadas, los cient铆ficos modifican mediante bioingenier铆a c茅lulas naturales para resolver problemas humanos. Un ejemplo conocido es para producir insulina y tratar la diabetes. Los investigadores sostienen que las c茅lulas sint茅ticas representan la pr贸xima frontera de este campo, ya que podr铆an conducir al desarrollo de nuevos tratamientos contra el c谩ncer y de formas innovadoras de capturar carbono o fabricar sustancias qu铆micas.
Las c茅lulas son los componentes fundamentales de la vida, pero est谩n lejos de ser simples. El cuerpo humano contiene unos 37 billones de c茅lulas, una cifra superior al n煤mero de estrellas en el cielo, y los cient铆ficos todav铆a no saben con exactitud c贸mo funciona cada tipo de c茅lula ni qu茅 contiene cada una de ellas.
La c茅lula sint茅tica que Adamala y sus colegas construyeron no representa 鈥渧ida creada en el laboratorio鈥�, sino 鈥渦n verdadero hito en el camino hacia esa cuesti贸n鈥�, afirm贸 Yuval Elani, profesor asociado de Tecnolog铆as Bioqu铆micas en el Imperial College London, quien no particip贸 en la investigaci贸n.
鈥淐onstruir una c茅lula desde cero significa que ya no se est谩 sujeto a las limitaciones ni a la carga evolutiva de la biolog铆a natural. Abre la posibilidad de dise帽ar sistemas y programarlos para que hagan cosas que las c茅lulas vivas quiz谩 no puedan hacer con facilidad o que simplemente no puedan hacer鈥�, se帽al贸 Elani.
鈥淎 mi juicio, este es un verdadero avance en la labor de larga data por responder si la qu铆mica puede organizarse de una manera tan convincente que empecemos a llamarla vida鈥�.
El campo de la biolog铆a sint茅tica es distinto al de la investigaci贸n con c茅lulas madre, en la que los cient铆ficos reprograman y manipulan c茅lulas existentes
Adamala llam贸 a su creaci贸n 鈥淪pudCell鈥�, en parte como una broma, porque no quer铆a que llevara su nombre. Tambi茅n es un juego de palabras con Sputnik, el sat茅lite sovi茅tico que dio inicio a la era espacial en la d茅cada de 1950.
鈥淓speramos que realmente estemos iniciando la verdadera era de la bioeconom铆a, con una tecnolog铆a que permita a las personas dise帽ar la biolog铆a鈥�, afirm贸.
Este mi茅rcoles, Adamala y sus colegas hicieron p煤blico en el que detallan c贸mo funciona SpudCell, aunque la investigaci贸n a煤n no ha sido publicada en una revista cient铆fica revisada por pares. Adamala dijo que ser谩 enviada para su publicaci贸n esta semana. Junto con otros dos cient铆ficos, Drew Endy y Jan Jedryszek, y el empresario del sector biotecnol贸gico Chris Raggio, Adamala fund贸 una instituci贸n de beneficio p煤blico llamada Biotic, que espera ampliar las capacidades de la c茅lula sint茅tica al ponerla a disposici贸n de otros investigadores.
Compuesta por entre 150 y 200 mol茅culas, SpudCell puede alimentarse, crecer y replicarse durante aproximadamente cinco generaciones, seg煤n Adamala. Aun as铆, es mucho menos compleja que una c茅lula biol贸gica, que contiene millones, si no miles de millones, de mol茅culas.
Adamala describi贸 a SpudCell como 鈥渦n organismo incre铆blemente d茅bil que, por ahora, b谩sicamente no hace nada m谩s que alimentarse y, de vez en cuando, producir una c茅lula hija鈥�. Cada generaci贸n necesita ser alimentada y tarda aproximadamente 12 horas en replicarse a una temperatura de 30 grados Celsius. En comparaci贸n, una bacteria E. coli se divide cada 30 minutos.
El genoma de la c茅lula sint茅tica tambi茅n es mucho m谩s peque帽o que el de una c茅lula natural, con 90.000 pares de bases. (El genoma de E. coli tiene 4,6 millones de pares de bases). Aunque puede replicarse como una c茅lula natural, la c茅lula sint茅tica utiliza un mecanismo diferente. Una c茅lula natural emplea un citoesqueleto, una estructura de soporte de la que SpudCell carece. En cambio, la c茅lula sint茅tica produce prote铆nas que se acumulan en la membrana y fuerzan su divisi贸n.
SpudCell tampoco puede fabricar sus propios ribosomas, componentes esenciales de una c茅lula natural encargados de producir prote铆nas. En su lugar, utiliza ribosomas de E. coli que se le suministran durante la alimentaci贸n.
鈥淓sto es apenas el comienzo鈥�, afirm贸 Adamala. 鈥淓s una plataforma sobre la que esperamos seguir construyendo, y eso es importante porque ahora realmente tenemos una idea razonable de c贸mo avanzar a partir de ella鈥�.
Elani dijo que la c茅lula sint茅tica no imita exactamente a una c茅lula natural, aunque eso no necesariamente representa una desventaja.
鈥淎lgunos de estos comportamientos similares a los de la vida se logran mediante mecanismos muy distintos de los que utiliza la biolog铆a鈥�, explic贸 por correo electr贸nico. 鈥淓sto es importante porque la biolog铆a sint茅tica no siempre consiste en imitar. A veces permite hacer las cosas de otra manera y tomar atajos鈥�.
Otros cient铆ficos que no participaron en la investigaci贸n describieron el trabajo como un avance prometedor. SpudCell se encuentra en un punto intermedio entre 鈥渦n conjunto de sustancias qu铆micas y una c茅lula que evolucion贸 de forma natural鈥�, afirm贸 Elizabeth Strychalski, l铆der de grupo en el Grupo Nacional de Ingenier铆a Celular del Instituto Nacional de Est谩ndares y Tecnolog铆a de Estados Unidos. La investigadora calific贸 el estudio como 鈥渋mportante e impresionante鈥� y dijo que ser谩 鈥渟umamente 煤til鈥�.
Tom Ellis, profesor de Ingenier铆a de Genomas Sint茅ticos en el Imperial College London, describi贸 la c茅lula como 鈥減robablemente el mayor avance reciente en el campo de las c茅lulas sint茅ticas鈥�.
鈥淐rear una c茅lula sint茅tica nos ayuda a comprender cu谩les son los requisitos m铆nimos para la vida y c贸mo esta pudo surgir a partir de la qu铆mica. Es una cuesti贸n fascinante de entender鈥�, dijo Ellis por correo electr贸nico.
Chenli Liu, profesor distinguido en los Institutos de Tecnolog铆a Avanzada de Shenzhen y director fundador del Laboratorio Estatal Clave de Biolog铆a Sint茅tica Cuantitativa de China, se帽al贸 que la investigaci贸n sobre c茅lulas sint茅ticas es un campo apasionante y en r谩pida evoluci贸n, pero advirti贸 que no era posible hacer una evaluaci贸n significativa del trabajo antes de que fuera publicado en una revista cient铆fica revisada por pares.
Uno de los principales logros del trabajo, seg煤n los investigadores, fue demostrar que las c茅lulas sint茅ticas est谩n sujetas a las fuerzas de la selecci贸n, el proceso mediante el cual ciertos rasgos se vuelven m谩s o menos comunes. Cuando introdujeron un cambio gen茅tico que aumentaba la producci贸n de una prote铆na relacionada con el crecimiento, las c茅lulas que lo portaban crec铆an y se divid铆an m谩s r谩pido. Sin embargo, debido a que ese cambio fue introducido deliberadamente en el sistema y no surgi贸 como una mutaci贸n gen茅tica espont谩nea, no puede decirse que SpudCell 鈥渆volucione鈥�.
Tampoco puede considerarse realmente una forma de vida, afirm贸 Drew Endy, profesor asociado de Bioingenier铆a en la Universidad de Stanford. Endy no particip贸 en la investigaci贸n de Adamala, aunque es cofundador de Biotic.
鈥淭odav铆a no entendemos por completo qu茅 es la vida, ni mucho menos. Tampoco tenemos una capacidad absoluta para manipular la materia y crear cualquier cosa. Dir铆a que Kate construy贸 una c茅lula. No creo que haya creado vida鈥�, afirm贸 Endy. Como ejemplo, se帽al贸 que, aunque los f铆sicos todav铆a no comprenden por completo los misterios de la gravedad, los ingenieros pueden construir puentes.
En su forma actual, a帽adi贸, SpudCell no representa riesgos para la bioseguridad y, por ejemplo, no podr铆a utilizarse para fabricar un arma biol贸gica.
鈥淪olo puede dividirse si se le suministra todo lo que necesita, incluidos los ribosomas. No tiene ninguna capacidad de reproducirse por s铆 sola fuera de ese contexto鈥�, explic贸.
鈥淪in embargo, 驴promete un futuro en el que m谩s personas puedan construir c茅lulas? S铆. 驴Existen posibles preocupaciones en materia de seguridad y protecci贸n? S铆. 驴Debemos gestionarlas adecuadamente? S铆鈥�, agreg贸.
Adamala y Endy se帽alaron que, debido a que SpudCell puede construirse desde cero, ser谩 posible incorporar medidas de seguridad y mecanismos de protecci贸n en su genoma para evitar que represente riesgos si fuera liberada en el medio ambiente. Adem谩s, a帽adieron que existen formas mucho m谩s sencillas para que actores maliciosos creen un organismo pat贸geno.
Los cient铆ficos tambi茅n han advertido sobre, organismos sint茅ticos cuya estructura molecular ser铆a la imagen invertida de la que existe en la naturaleza. En una c茅lula espejo, las mol茅culas naturales ser铆an reemplazadas por versiones invertidas, lo que podr铆a exponer a los seres humanos, los animales y las plantas a pat贸genos peligrosos.
A trav茅s de Biotic, que otorgar谩 licencias sobre la tecnolog铆a principal, Endy y Adamala esperan que SpudCell se convierta en un est谩ndar compartido a nivel mundial para la biolog铆a de c茅lulas sint茅ticas y funcione como una plataforma de c贸digo abierto, similar al sistema operativo .
Laurie Zoloth, profesora de Religi贸n y 脡tica en la Universidad de Chicago, afirm贸 que la creaci贸n de Biotic podr铆a ayudar a abordar algunas de las cuestiones 茅ticas que surgen cuando se introduce una nueva tecnolog铆a: 驴a qui茅n beneficia?, 驴qui茅n decide c贸mo se utiliza? y 驴qui茅n establece los l铆mites y las salvaguardas?
鈥淭endremos que ver c贸mo perdura en esta primera etapa, tan idealista鈥�, afirm贸 Zoloth. 鈥淓spero que lo logre鈥�.
Ellis se帽al贸 que un marco estandarizado, compartido y de c贸digo abierto ayudar铆a a los cient铆ficos a desarrollar con mayor rapidez el trabajo de otros investigadores.
鈥淪in embargo, no estoy seguro de que el trabajo presentado en este art铆culo sea algo detr谩s de lo que todos los dem谩s investigadores del mundo quieran alinearse鈥�, afirm贸.
鈥淯na c茅lula sint茅tica es un objetivo com煤n para muchos equipos de investigaci贸n en todo el mundo, pero la forma en que intentan alcanzarlo y la manera en que definen el 茅xito son muy diferentes鈥�.
Adamala explic贸 que el objetivo es mantener abierta la tecnolog铆a central de SpudCell para cualquier persona interesada en trabajar con ella. Agreg贸 que las instituciones acad茅micas y las organizaciones sin fines de lucro podr谩n utilizarla de forma gratuita, mientras que los usos comerciales requerir谩n el pago de licencias.
鈥淓n este momento, SpudCell no puede producir nada 煤til; todav铆a no es lo suficientemente eficiente鈥�, indic贸. 鈥淟o que me entusiasma es que estamos reuniendo a la comunidad internacional para acelerar su desarrollo hasta convertirla en una herramienta verdaderamente 煤til鈥�.
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