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
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