Pese a que ahora nos resulta muy sencillo explicar por qué tenemos los mismos ojos que el abuelo o por qué algunas vacas tienen manchas y otras son completamente lisas, no era tan trivial hace unos años. Palabras como ADN, cromosoma o genética han sido fruto de una carrera de fondo por descubrir cómo se hereda la información física y fisiológica de un individuo a otro.

El siglo XX fue la época dorada del ADN. Poco antes, en 1869, Johan Friedrich Miescher había logrado aislarlo por primera vez a partir de unas muestras de pus en unas gasas quirúrgicas. Tras el hallazgo, otros científicos fueron añadiendo sus piezas a este puzle hasta confeccionar la estructura helicoidal que atesora toda la información genética de los seres vivos.

En la actualidad el objetivo que mueve a los investigadores va un paso más allá. Se espera que, en los próximos años, tanto la descodificación de todo el código genético, como la edición de éste sea más que accesible. Tal avance supondría un antes y un después en la historia de la medicina, ya que muchas enfermedades relacionadas con la genética podrían ser completamente erradicadas. Además, llegaríamos a prevenir la predisposición a padecer ciertas dolencias o incluso desactivar los genes que las provocan.

Y aunque plantearnos tener un control total en nuestro material genético parece algo más cercano a la ciencia ficción, no estamos tan lejos de conseguirlo.

Esta semana se ha publicado en la revista Cell un estudio en el que los investigadores muestran cómo han sido capaces de modificar más del 50% de la información genética de una célula de levadura. El equipo consiguió que dicha célula sobreviviese y se replicase de manera similar a cómo lo haría una cepa de levadura silvestre, convirtiéndola en la primera célula con la mitad de su ADN sintético.

El puzle genético

Si pensamos en la complejidad de la vida, cuesta creer que toda la información esté codificada usando tan solo cuatro piezas. Pero, por otro lado, todos los datos que tenemos almacenados en nuestros ordenadores están encriptados en un sistema binario compuesto por ceros y unos. Visto así, contar con cuatro variables multiplica en gran medida las posibilidades de almacenamiento de información en los seres vivos.

El ADN, o ácido desoxirribonucleico, es una molécula alargada formada por dos cadenas, unidas entre ellas por estas cuatro piezas, denominadas bases nitrogenadas (Adenina, Guanina, Citosina y Timina). Su característica torsión de doble hélice le da robustez a la estructura, además de permitir que la información se almacene en menos espacio. Los segmentos de ADN que codifican una característica, por ejemplo, tener los ojos verdes, son los denominados genes.

Estas cadenas se pueden comprimir aún más, formando pequeños paquetes con forma de X llamados cromosomas. En el caso del ser humano,contamos con 23 pares, por lo que desentrañar el genoma humano puede ser una tarea faraónica. Es por ello que, a la hora de realizar experimentos con ADN, se suelen utilizar especies con una cantidad de cromosomas mucho más reducida. Es el caso, por ejemplo, de la mosca de la fruta, la cual tan solo cuenta con 4 pares.

A caballo entre nuestra extensa batería de cromosomas y la reducida cantidad con la que cuenta la mosca de la fruta, encontramos la levadura, la cual almacena su información en 8 pares de cromosomas.

Pese a que la modificación genética ya se había realizado en algunos virus y bacterias, jamás se había logrado anteriormente en células eucariotas. Es decir, células que contienen el material genético dentro de un núcleo celular.

Cruzando moléculas

Para conseguir que más de la mitad de los genes de la levadura fuesen de origen sintético, los investigadores no lo tuvieron nada sencillo.

Primeramente, eliminaron segmentos de ADN de la levadura que no codificaban ninguna característica y trozos que estaban repetidos, con el objetivo de generar “huecos” donde colocar el nuevo ADN sin dañar nada importante. Una vez que tuvieron el espacio, añadieron los nuevos fragmentos sintético.

Para poder estudiar cómo esto afectaba a cada cromosoma de manera individual, crearon dieciséis cepas de levadura distintas, en las que cada una contenía un solo cromosoma modificado y 15 naturales.

Los investigadores entrecruzaron las diferentes cepas de levadura y luego buscaron entre su descendencia individuos que hubieran heredado ambos cromosomas sintéticos. Aunque eficaz, este método resultaba muy lento.

Por ello, para transferir de manera más eficiente cromosomas específicos entre cepas de levadura, los investigadores desarrollaron un nuevo método, el cual les permitió transferir un cromosoma recién sintetizado directamente a la célula.

Mezclando estas dos estrategias, consiguieron obtener una molécula de levadura que contase con más del 50% de su material genético modificado, mostrando muy pocos defectos genéticos.

Los investigadores creen que este es un gran avance en el estudio de la modificación genética. Aun así, queda mucho camino por recorrer y más para poder aplicar este descubrimiento al genoma humano.

QUE NO TE LA CUELEN:

• Una de las dificultades que comporta hacer estos experimentos en células eucariotas es la interacción que existe entre los cromosomas al expresar los genes. Es decir, quizás un el error en un gen puede permanecer invisible si solo se modifica un cromosoma. Pero, al juntarse distintos cromosomas alterados, pueden expresarse errores más grandes en la célula. En este experimento consiguieron solucionar algunos de estos problemas, pero aún se requiere de más conocimiento para entender estas interacciones intercromosómicas y evitarlas.

REFERENCIAS (MLA):

• Cell, Zhao et al., “Debugging and consolidating multiple synthetic chromosomes reveals combinatorial genetic interactions” https://cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)01079-6 DOI: 10.1016/j.cell.2023.09.025
• Cell, Schindler et al., “Design, Construction, and Functional Characterization of a tRNA Neochromosome in Yeast” https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)01130-3 DOI: 10.1016/j.cell.2023.10.015
• Cell Genomics, Shen et al., “Dissecting aneuploidy phenotypes by constructing Sc2.0 chromosome VII and SCRaMbLEing synthetic disomic yeast” https://www.cell.com/cell-genomics/fulltext/S2666-979X(23)00147-7 DOI: 10.1016/j.xgen.2023.100364
• Cell Genomics, McCulloch et al., “Consequences of a telomerase-related fitness defect and chromosome substitution technology in yeast synIX strains” https://www.cell.com/cell-genomics/fulltext/S2666-979X(23)00245-8 DOI: 10.1016/j.xgen.2023.100419