miércoles, 14 de febrero de 2018

Animales sin cara, que los hay y muchos. Los miércoles con invertebrados


Evolutivamente la cara va ligada a la aparición del esqueleto, interno o externo, y eso es un invento de la fauna del cámbrico, por lo que los animales que aparecieron antes no tienen nada que podamos identificar como rostro.
Los cnidiarios son anteriores a ésa época se considera que son de los pocos descendientes que nos quedan de la fauna de Ediacara (lo de Ediacara viene del lugar donde se estudiaron la mayor parte de los escasos fósiles que tenemos de ese periodo y no tiene nada que ver con las caras), parece que tienen nombre de marciano pero son las conocidas medusas y corales, y los no tan conocidos pennatulaceos que resultan bastante atractivos:
Si te interesan las curiosidades sobre los animales te recomiendo que investigues sobre los modos de reproducción de los cnidiarios, hay muchas especies que alternan generaciones asexuales con generaciones sexuales, generaciones fijadas al fondo con un pie como en las foto con generaciones que se pueden desplazar y muchas cosas asombrosas más.
Los ctenóforos también carecen de “cara”:
Bien, pues dije que lo de la cara va ligado al esqueleto porque permite la articulación de una de las partes más importantes de los animales, la boca. Con una boca que puedes abrir y cerrar a voluntad es más probable que te de por ir por ahí buscando comida, y precisamente este es uno de los cambios más espectaculares entre los ediacara y los cámbricos, que entre los segunos abundan los animales que no estaban fijos al sustrato en ningún momento de sus vidas. Alrededor de la boca se fueron agrupando los órganos externos que permitían al animal las dos funciones básicas de buscar comida y localizar peligro, tales como ojos, antenas etc, además de los elementos encargados de trocear la comida como los apéndices bucales de los insectos o el pico de los pulpos.
Pero…los animales son sorprendentes, no todos los que surgieron a partir de la aparición de los esqueletos quisieron seguir esa moda de tener caras. Algunos optaron por la antigua tradición de filtrar comida y pudieron prescindir del engorro de la boca y los ojos. Los conoces muy bien, son las ostras, navajas, mejillones, chirlas, etc. Es decir los moluscos bivalvos, y no les ha ido mal con esta estrategia, hay más de 13000 especies:

Hago un pequeño inciso para aclarar que se han descrito fotoreceptores en muchos bivalvos que distinguen la oscuridad de la luz, alguno de estos fotoreceptores son más compelejos e incluso tienen “ojos” con lentes, pero no están distribuidos de forma localizada en una parte de su cuerpo que pudiéramos llamar cara. Ahora, eso sí, algunas veces estos ojos producen un efecto espectacular como en esta ostra:
Por otro lado, para acabar de aliviar mi conciencia con las medusas y familia, tienen un sistema nervioso bastante complejo e incluso hay estudios que afirman que algunas especies pueden dormir a pesar de no tener un cerebro centralizado.

Los braquiópodos, conodontos y ostrácodos también del cámbrico, no se caracterizan por tener algo que reconozcamos como cara, aunque en el caso de los ostrácodos se aproximan más:
Y los equinodermos, que optaron por una solución rara, simetría radial lo cual favoreció la ausencia de caras:
Y no nos olvidemos de Bob Esponja:
Porque las verdaderas esponjas, son animales que viven fijados al suelo marino y no se parecen demasiado a Bob. Con las esponjas he tenido un problema, parece que surgieron antes de la explosión cámbrica, pero no hay fósiles hasta ese momento:

Dije que no iba a olvidarme de Bob Esponja pero resulta que me he olvidado de su amiguete equinodermo, y mira que estaban cerca. Pues a reparar el fallo, ¡adelante Patricio Estrella!:

Habrá muchos más, por ejemplo los parásitos están tan transformdos que a pesar de tener una zona que anterior con su parte bucal, nos cuesta reconocer eso como cara:



jueves, 1 de febrero de 2018

¿Cómo fabrican el ADN sintético?, secretos y promesas de la biología sintética




Sólo puedo dar una idea aproximada del proceso de síntesis porque las técnicas que se emplean están bajo patente y muy protegidas ya que la biología sintética genera muchos beneficios a las (relativamente) pocas empresas que se dedican a esto. O sea, cuanto más dinero, más abogados y más secreto.
La diferencia fundamental entre el ADN “sintético” y el ADN obtenido por las técnicas más antiguas de ingeniería genética que llevan décadas usándose es la que viene a haber entre un corta y pega y escribir un texto desde el comienzo. El corta y pega sería la ingeniería genética en esta comparación, siempre debe partir de una cadena de ADN existentes que se deben replicar, mientras que en biología síntética se puede prescindir de éste ADN patrón.
No pretendo decir que la síntesis de ADN no sea heredera de muchos conocimientos de la ingeniería genética, ni que al final no converjan ambos conceptos; lo que digo es que en muy poco tiempo la síntesis de ADN va a dar paso a muchas más transformaciones y muchos más dilemas que la ingeniería genética genética ha provocado en sus 4 décadas de existencia.

Craig Venter, el más conocido dentro del campo de la biología sintética, de Celera Genomics
Emily Leproust, cofundadora de Twist Bioscience

Para sintetizar ADN hay que resolver tres problemas básicos, y sólo uno de ellos es biológico, los otros dos son informático.
1.- Secuenciación ultrafina del ADN del organismos con el que se quiera trabajar
Los medios han transmitido la idea de que se ha decodificado y secuenciado correctamente el genoma de numerosos organismo incluyendo los humanos, pero lo cierto es que existen numerosas lagunas de conocimiento respecto a dónde empieza y terminan los genes y para qué demonios sirven si es que sirven para algo, y esto también es válido en el caso de los humanos.
Para abaratar el procesos de “fabricación de ADN” es muy frecuente que la secuenciación se haga en empresas separadas de los laboratorios de síntesis.
2.- Análisis informático del genoma o de los genes que se quieren sintetizar artificialmente
En general la síntesis de ADN es una ciencia aplicada, y persigue beneficio económico, aunque también hay interés científico. Si quieres ganar dinero tienes que sintetizar ADN que puedas usar, y esto implica que sean genes de los de toda la vida, los que se dedican a sintetizar proteínas.
Pero estos genes son resultado de la evolución, traen fragmentos no codificantes, otros que actúan contra el interés del laboratorio que quiere usarlos, etc. Hay que analizarlos para encontrar los fragmentos de ADN que no son de interés y los que se podrían mejorar o apoyar usando otras secuencia. Y de nuevo llegamos al asunto de que el análisis de estos genomas sean baratos, por lo que se realizan en compañías especializadas que acumulan grandes bases de datos sobre qué cambios se deberían realizar en estas secuencias.
A veces ocurre que una compañía de síntesis de ADN quiere hacerse su propia sección de análisis informático, y recurren a la compra de una empresa ya existente (lo que nos puede dar una idea de que estamos hablando de negocios más que de investigación). Esto fue lo que hizo por ejemplo Twist Bisocience[1] en 2016, comprando la empresa de software israelí Genome Compiler[2].
3.- Proceso de síntesis de ADN, propiamente dicho
Síntesis de oligonucleótidos: Un oligonucleótido es un fragmento corto de una hélice de ADN, hay que recordar que no hay ADN si no hay doble hélice, esta doble hélice se produce en una fase posterior.
En sítesis de ADN el límite suele estar en unas 200 pares de bases para obtener un oligonucleótido de calidad. Para fabricarlo se parten de unos “ladrillos” de nucleósidos de fosforamiditas[3]
(Sin una hebra de ADN de la que partir, se usan sólo los nucleósidos de fosforamiditas. Fuente de la image: Wikipedia)
Generalmente estos “ladrillos” se van añadiendo en la dirección 3′ a 5′, justo en sentido inverso a como los enzimas naturales sintetizan ADN en dirección opuesta (5′ a 3′). La dirección se refiere a los carbones de la base nitrogenada que se lee:



En ocasiones también se puede realizar la síntesis artificial en dirección opuesta, pero predomina la 3′ a 5′.
Normalmente se cultivan varios olignucleótidos en medios adecuados, se purifican y se preparan para “aparear” (annealing)[4] con el objeto de formar la doble hélice. Después los fragmentos de doble hélice se ligan (unen) con técnicas standards o se multiplican mediante la enzima polimerasa.
Se han descrito varios métodos para la ligación de oligonucleótidos tales como el el Fok I[5] y otros. En general los artículos en los que se describen detalladamente son de pago. Supongo que se está investigando cómo desarrollar métodos más eficientes y baratos, y que las compañías de biosíntesis no publican todo lo que descubren porque -una vez más- esto es un negocio impresionante.
Los genes que producen suelen tener entre 600 y 1200 pares de bases aunque en ocasiones pueden recurrir a ensamblar varios genes para obtener uno mucho más largo.
Este proceso es tremendamente delicado y hay que cuidar no sólo el medio sino además las temperaturas a las que se opera. Existe la posibilidad de mutación (error) en todas las fases, la del ensamblado es especialmente delicada y se han desarrollado varios sistemas para eliminar errores, como por ejemplo el uso de endonucleasas especializadas que localizan y eliminan estos errores. Sin embargo, siguen siendo métodos costosos.

¿Y qué se ha conseguido hasta ahora con la síntesis de ADN?. Pues sospecho que mucho más de lo que se ha publicado, y a la vez lo que se ha conseguido no está tan perfeccionado como se da a entender. Pero no cabe duda de que el campo que abre la síntesis artificial revolucionará nuestra forma de concebir la biología, y tal vez la sociedad, una revolución incluso más impactante que lo fue la química sintética en su día.
  • Se han sintetizado genomas completos de varias bacterias, como las denominadas Syntua y Micoplasma laboratorium.
  • En 2014 se publicó que se había sintetizado el genoma de la levadura S cereviasiae, vieja conocida de los fabricantes de cerveza.
  • Se han sintetizado hebras de ADN con un tercer par de bases que no forma parte del doblete original de todos los ADNs que existen en la tierra. Es decir, todo el ADN de cualquier cosa viva surgida de la evolución, tiene dos dobletes de bases nitrogenadas, Adenina-Guanina y Citosina-Timina. Pues lo que hicieron en 2012 un grupo de investigadores de San Diego, California según dicen, fue crear ADN usndo un tercre par de bases nitrogenadas que denominaron X e Y (no sé si se ha publicado qué compuestos son X e Y). En 2014 otro equipo informó de que había inyectado fragmentos de ADN con esas bases exóticas en el ADN de Scherichia coli.[6]

Viendo todo esto me he quedado impresionada. Por un lado los procesos de síntetisis están muy desarrollados y las empresas gozan de muy buena salud económica, lo que quiere decir que ya vivimos en un mundo en el que se fabrica ADN. ¿Es ADN todo lo que hay que fabricar para fabricar un código genético?, ¿funciona a largo plazo este ADN en organismos que tengan muchas más limitaciones para autoregenerarse que las bacterias?, ¿nos olvidamos de todo lo que vamos aprendiendo de epigenética?, y sobre todo ¿qué dilemas éticos tenemos ya encima de la mesa?. Como dicen en el video de promoción de Twist Bioscience “nosotros fabricamos ADN, ¿Qué vais a hacer conél?”.
Porque ya existe una sentencia que dice que no se puede patentar ADN humano, pero el ADN sintetizado artificialmente no considera humano.
Para saber más:
Notas al pie