Científicos crean células sintéticas resistentes a los virus

Las moléculas modificadas permitirían crear nuevos fármacos y materiales para la agricultura o la industria

Imagen de una de las bacterias que fue reprogramada por los investigadores
Imagen de una de las bacterias que fue reprogramada por los investigadores

En 2019, un equipo de científicos de Cambridge, liderados por Jason Chin, se convirtió en noticia a nivel mundial por crear el genoma sintético más grande de la historia: la construcción del genoma completo de la bacteria Escherichia coli (E. coli). Y lo hicieron desde cero. Básicamente es como recrear una receta de cocina… desarrollando no solo los pasos, sino también los ingredientes. Lo que pasó más desapercibido en este logro fue que el equipo de Chin también aprovechó la oportunidad para simplificar el genoma de la bacteria, que es como hacer la receta más sencilla, pero con idéntico sabor.

Para conseguir esto se metieron de lleno en la genética de la bacteria. El código genético de los seres vivos describe la relación entre la secuencia de bases del ADN (A, C, G y T o adenina, guanina, citosina y timina) en un gen y la proteína que codifica. En este contexto, un codón es una secuencia de tres bases, por ejemplo TCG o TCA. Para hacer la «receta» más sencilla, los científicos reemplazaron unos codones por otros, en otras palabras, usaron otros sinónimos en la receta.

Cada célula, en su código genético, tiene las instrucciones para producir proteínas, que se forman al unirse diferentes «bloques de construcción» conocidos como aminoácidos.

Con este conocimiento adquirido el equipo de Chin fue un paso más allá y desarrolló la primer célula capaz de producir polímeros artificiales a partir de bloques como los antes mencionados, que no se encuentran en la naturaleza. Los polímeros son moléculas de gran tamaño formadas por muchas unidades repetidas. Un ejemplo de ello son los plásticos y muchos medicamentos, incluidos los antibióticos. Los científicos les dan las instrucciones a la célula, modificando los codones y las células crean estos polímeros. De acuerdo con Jason Chin, esta investigación podría conducir al desarrollo de nuevos polímeros y facilitar la fabricación de medicamentos de manera confiable utilizando bacterias. Pero la vuelta de tuerca es que lo hacen con bloques o aminoácidos, que no se encuentran en la naturaleza.

Para comprender exactamente el impacto de este avance, hablamos con Carlos Romá Mateo, bioquímico y doctor en Biología Molecular y Genética. «Hasta el momento, la ingeniería genética y la biotecnología nos permitían introducir recetas en bacterias, como si fueran recetas culinarias para que las bacterias produzcan los platos que queremos, y así hagan moléculas para elaborar, por ejemplo, fármacos. En este ocasión lo que hizo el equipo de Chin fue no solo introducir la receta, también privaron a las bacterias de ciertos utensilios para que sean resistentes a los virus y al mismo tiempo dotaron a la bacteria de nuevos utensilios, así cuando va a hacer nuevas recetas, es decir, nuevas proteínas, usa recetas e ingredientes que no conocía y crea moléculas que le hemos obligado a construir. Y que necesitamos. Si combinamos ambas, tenemos todo el poder de hackear el sistema para crear moléculas biológicas».

Cuando los científicos cambiaron los codones, la célula ya no tiene la molécula que puede leerlos. Esto es lo que sea imposible, para cualquier virus, infectar la célula: los virus se replican inyectando su genoma en una célula y si no pueden leer los codones, no pueden entrar a las células.

Hacer que las bacterias sean resistentes a los virus podría hacer que la fabricación de ciertos tipos de medicamentos sea más confiable y económica. Muchos medicamentos, por ejemplo, los proteicos, como la insulina, y ciertos tipos de vacunas, se fabrican mediante bacterias en crecimiento que contienen instrucciones para producir el medicamento.

Al crear bacterias con genomas sintéticos que no usan ciertos codones, los investigadores han liberado esos codones para que estuvieran disponibles para otros fines, como la codificación de aminoácidos sintéticos, llamados monómeros.

«Este sistema – señala Chin en un comunicado de la Uninversidad– nos permite escribir un gen que codifica las instrucciones para fabricar polímeros a partir de monómeros que no se encuentran en la naturaleza. Estas bacterias pueden convertirse en fábricas renovables y programables que producen una amplia gama de nuevas moléculas con propiedades novedosas, que podrían tener beneficios para la biotecnología y la medicina, incluida la fabricación de nuevos medicamentos, como nuevos antibióticos. Nos gustaría utilizar estas bacterias para descubrir y construir polímeros sintéticos que se pliegan en estructuras y pueden formar nuevas clases de materiales y medicamentos. También investigaremos aplicaciones de esta tecnología para desarrollar polímeros novedosos, como plásticos biodegradables, que podría contribuir a una bioeconomía circular».

Los investigadores pudieron crear polímeros compuestos de hasta ocho monómeros unidos. Unieron los extremos de estos polímeros para formar macrociclos, un tipo de molécula que forma la base de algunos medicamentos, como ciertos antibióticos y hasta medicamentos contra el cáncer.

El impacto de este avance es enorme, ya que se trata de crear fármacos o materiales usando células estables, con las que es muy fácil de trabajar, tiene un sistema de producción económico y todo el proceso se realiza bajo unas condiciones que se pueden aplicar a muchos productos imprescindibles en la sociedad, no solo vinculados a la medicina, también a la alimentación, a la agricultura y a decenas de procesos industriales.