Crean el primer cromosoma complejo de diseño: “el monte Everest de la biología”

Un equipo de investigadores norteamericanos y europeos ha logrado por primera vez crear un cromosoma eucariótico de diseño, el primero artificial de la historia. La revista Science, donde se publica el estudio, no ha dudado en calificar el hallazgo como “el monte Everest de la biología sintética”.

El cromosoma de diseño pertenece a uno de los organismos mejor estudiados del planeta, la levadura de la cerveza (Saccharomyces cerevisiae), responsable, entre otras muchas cosas, de la fermentación del alcohol, la elaboración del pan, pero también de la elaboración de biodiésel y muchos medicamentos.

Desde que en 2007 el científico Craig Venter anunciara que había logrado crear el primer cromosoma artificial de unabacteria, las técnicas de síntesis de ADN han mejorado rápidamente. Con estos conocimientos, los científicos eran capaces de armar sencillos genomas procariotas, por ejemplo, en bacterias; pero armar un genoma eucariota –más complejo y con el ADN dentro del núcleo–, como el de la levadura, era una hazaña.

El ingenio permitirá crear versiones mejoradas de todas las materias primas en las que participa la levadura de la cerveza, incluidos nuevos antibióticos o biocombustibles respetuosos con el medio ambiente

En 1996 los científicos lograron trazar el mapa genético completo de esta levadura. Pero si a este conocimiento añadimos la posibilidad de crear en laboratorio un conjunto completo de cromosomas sintéticos y cambiables, como el que ha diseñado el equipo científico dirigido por Jef Boeke, director del NYU Langone Medical Center, el campo de investigación que se abre tiende al infinito.

El ingenio permitirá crear versiones mejoradas de todas las materias primas en las que participa la levadura de la cerveza, incluidos nuevos antibióticos o biocombustibles respetuosos con el medio ambiente, pero también nuevas variedades de bebidas alcohólicas (que, por ejemplo, mitigarán la resaca). Además, puede ayudar a los investigadores a avanzar en el estudio de la genética, pues permite conocer mejor la forma en que se construyen los genomas, cómo se organizan o qué hace que funcionen.

Es sólo el primer paso

Pese a que los investigadores sólo sintetizaron uno de los 16 cromosomas de la levadura en este estudio, su esfuerzo representa un paso crucial para construir un genoma eucariota entero.“Hemos creado una versión modificada de una secuencia de cromosoma natural, una versión sintética de la versión nativa”, ha explicado aSinc el autor del estudio. “El siguiente paso que vamos a dar es trabajar con grupos internacionales para tratar de sintetizar los otros 15 cromosomas de la levadura y ser capaces de ver cómo evoluciona la nueva para saber más acerca de cómo está ‘conectado’ su genoma”, añade el científico.

La versión equipada con un cromosoma sintético funcionó de manera indistinguible de la levadura nativa

Según Boeke, “la levadura S. cerevisiae es una de las que se puede manipular genéticamente de manera más fácil, por ello centramos el trabajo en ella. Además, sabemos más sobre esta levadura que sobre cualquier otro microorganismo, con la excepción de E. coli”.

Elgenoma de la levadura de cerveza eucariota comprende 12 millones de nucleótidos, o letras genéticas, hilvanadas en un orden particular. Al igual que los humanos tenemos 23 pares de cromosomas, la levadura tiene 16. Los investigadores se centraron en el cromosoma III de la levadura, el más pequeño de ellos, que comprende más del 2,5% de estos nucleótidos, y lo sustituyeron por su versión sintética, bautizada como synIII, que realiza todas las funciones de la versión “real”, pero está diseñado para que se pueda manipular con facilidad en el futuro inmediato.

Un intruso artificial que la levadura no capta

Tras crear el cromosoma artificial lo insertaron en células vivas de levadura y comprobaron la habilidad de las células alteradas para crecer en diversos nutrientes y en condiciones distintas. En cada caso, la versión equipada con un cromosoma sintético funcionó de manera indistinguible de la levadura nativa.

Cuando se modifica el genoma, un cambio incorrecto puede causar la muerte de la célula. Hemos hecho más de 50.000 cambios en el código de ADN en el cromosoma y nuestra levadura aún vive

“Este trabajo representa el paso más importante para construir el genoma completo de una levadura sintética”, dice Boeke. “Pero el hito que realmente cuenta –añade– es la integración en una célula de levadura viva. Hemos demostrado que las células de levadura que llevan este cromosoma sintético se comportan de manera casi idéntica a las células de levaduras naturales. Tan sólo que estas poseen nuevas funciones", asegura el investigador.

Los científicos manipularon las células de levadura, alterando la configuración del cromosoma artificial. Así descubrieron que algunas células crecieron más lentamente. Otras, con diferente recombinación de genes, crecieron muy rápidamente. Al recombinar el ADN de diferente manera, los científicos creen que serán capaces de generar organismos para hacer más etanol que la levadura natural, por ejemplo, o que pueda crecer mejor en entornos hostiles.

“Cuando se modifica el genoma, un cambio incorrecto puede causar la muerte de la célula. Hemos hecho más de 50.000 cambios en el código de ADN en el cromosoma y nuestra levadura aún vive. Esto es notable y demuestra que nuestro cromosoma sintético es resistente, y que dota a la levadura con nuevas propiedades”, subraya Boeke.