Demuestran cómo reescribir el genoma de una bacteria para que produzca proteínas que no existen en la naturaleza y que sea genéticamente inmune a las infecciones
Un grupo de científicos del Reino Unido ha creado la primera forma de vida resistente a casi cualquier virus. Se trata de una bacteria Escherichia coli cuyo genoma ha sido literalmente reescrito para incluirle hasta 18.000 cambios que hasta ahora no existían en la naturaleza. El trabajo es la demostración de que la humanidad ha conseguido no solo comprender el código de la vida sino corregirlo de forma tan amplia que le permite crear vida sintética capaz de hacer cosas que ningún otro ser vivo puede lograr.
La naturaleza permite a los seres humanos moverse, leer, respirar, pensar. A los virus, desencadenar un círculo vicioso de replicación capaz de producir una terrible pandemia como la actual. Y a los microbios, generar formas de bloquear una infección viral. Una de las mayores barreras hacia la libre creación de formas de vida artificiales era que hasta ahora no se podían introducir cambios sustanciales en las proteínas “naturales”. Estas moléculas son imprescindibles para cualquier función vital.
Pero el equipo de Jason Chin en el Consejo de Investigación Médica de Reino Unido se propuso demostrar que el código genético de un ser vivo se puede transformar de una forma tan profunda que dé lugar a una nueva especie invulnerable a cualquier virus. Para entender la importancia de su logro hay que recordar que todas las formas de vida de este planeta dependen de 20 ladrillos básicos con los que se construyen las proteínas: los aminoácidos. El genoma de una persona tiene 3.055 millones de letras, como se supo el martes, pero entre todas ellas hay 64 fragmentos mucho más cortos, pero esenciales: los codones, que contienen las instrucciones para sintetizar los 20 aminoácidos conocidos.
En un estudio publicado en Science, el equipo de Chin demuestra cómo reescribir las secuencias de esos codones para que tengan dos funciones asombrosas. La primera es que son capaces de fabricar aminoácidos nuevos, artificiales e inexistentes hasta ahora en la naturaleza. La segunda es que los cambios ejecutados en el genoma de los microbios actúan como un “cortafuegos” contra un la mayoría de virus bacterianos —fagos—, pues inhabilita el funcionamiento de varios codones que los virus necesitan para secuestrar la maquinaria celular y ponerse a hacer copias de sí mismos, aniquilando a su huésped. Es el mismo proceso que usa el coronavirus para infectar a las personas: hacerlas enfermar e incluso provocarles la muerte.
El potencial de este hallazgo para crear nuevos fármacos y biomateriales es notable, como destacan los autores del trabajo. La E. coli es una auténtica factoría biológica de la que dependemos los humanos para fabricar fármacos y fermentar alimentos. Variantes modificadas de estos y otros microbios se usan en la producción de más de 600 fármacos, incluidos la insulina que se pinchan los diabéticos y los fármacos anticoagulantes que impiden que haya trombos. Entre muchas otras variantes de diseño, hay una E. coli esencial para fabricar las nuevas vacunas de ARN mensajero contra el nuevo coronavirus. Una invasión de fagos (virus que atacan a bacterias) en una fábrica que usa E. coli puede suponer la pérdida de millones de euros.
Los científicos británicos ya habían demostrado hace un par de años cómo crear un microbio cuyo genoma es totalmente artificial. También que su técnica para reescribir genomas y ampliarlos al gusto funciona en células de animales, y que incluso permite crear organismos con genomas artificiales, incluyendo moscas y gusanos.
Ahora han usado una técnica para introducir cambios a gran escala en la secuencia genética de las bacterias. El sistema usa la técnica de edición genética CRISPR-Cas9 como unas tijeras para cortar grandes fragmentos del genoma original. Luego, los sustituye por otras secuencias artificiales diseñadas previamente en un ordenador. Los resultados son sorprendentes: los científicos rocían a un grupo de bacterias artificiales con un cóctel de virus que aniquilaría a cualquier E. coli natural. Las bacterias artificiales resisten como si nada y además crecen más rápido. El trabajo muestra un hecho inquietante: los científicos no han ampliado el genoma original del microbio, sino que lo han hecho más corto, es decir, han mejorado el código genético original de un ser vivo que era producto de millones de años de evolución natural.
Juli Peretó, experto en biología sintética de la Universidad de Valencia, destaca que los cambios efectuados “convierten la célula en un lugar incomprensible para un visitante externo, como un virus”. “El patógeno se encontrará en una célula con un código genético alterado y, por tanto, será incapaz de expresarse y producir sus propias proteínas”. “Poco a poco vamos superando en biología sintética la fase de plagio de genomas, representada por los genomas artificiales del Instituto Venter, que resintetizan, simplifican o reordenan genomas naturales, y empezamos a tener genomas que contienen instrucciones totalmente nuevas”, añade.
Incluir un número alto de nuevos aminoácidos al catálogo existente permitirá “innumerables aplicaciones”, opinan Delilah Jewel y Abhishek Chatterjee, químicos del Boston College (EE UU) en un comentario al artículo publicado. Esto incluye “biopolímeros” que no existen en la naturaleza que “pueden tener profundas implicaciones en muchas disciplinas, incluidas la medicina y la ciencia de materiales”, señalan.
