Los científicos han creado por primera vez un organismo sintético unicelular que se divide y se multiplica como si fuera real. No es realmente un organismo vivo, pero se comporta como tal porque incorpora el proceso de división celular: permite a una célula inicial dividirse para formar células hijas.
En biología, gracias a la división celular se produce el crecimiento de los seres vivos. La división celular sintética puede provocar el nacimiento de una constelación de células hijas artificiales que funcionan como pequeños ordenadores.
De esta forma, estas células artificiales podrían producir alimentos y combustibles; detectar enfermedades y producir medicamentos para tratarlas mientras viven dentro del cuerpo.
Aunque se trata de toda una revolución en la ingeniería genética que todavía llevará años en concretarse, los resultados obtenidos son todavía modestos, aunque prometedores.
La célula artificial obtenida en esta investigación tiene menos de 500 genes, toda una proeza tecnológica que al mismo tiempo señala sus límites: una célula humana tiene alrededor de 30.000 genes. Y la célula de una bacteria puede tener 4.000 genes.
Largo proceso
Hace cinco años, este grupo de científicos había creado en laboratorio un organismo sintético unicelular que, con solo 473 genes, era la célula artificial más simple jamás conocida.
Sin embargo, este organismo parecido a una bacteria se comportaba de manera extraña al crecer y dividirse, produciendo células con formas y tamaños tremendamente diferentes.
La nueva investigación lo que realmente ha hecho es perfeccionar ese primer resultado: identificó siete genes que se pueden agregar a la primera célula sintética y conseguir que se divida perfectamente en partes uniformes.
La célula artificial anterior no se había construido completamente desde cero. Los científicos partieron de un tipo muy simple de bacteria llamada micoplasma, que carece de pared celular.
Destruyeron el ADN de las células de esa micoplasma y lo reemplazaron con ADN que fue diseñado en un ordenador y sintetizado en un laboratorio.
Así obtuvieron el primer organismo en la historia de la vida en la Tierra en tener un genoma completamente sintético. Lo llamaron JCVI-syn1.0 y lo consideraron una prueba de concepto.
Desde entonces, los científicos han estado trabajando para reducir ese organismo a sus componentes genéticos mínimos. De ese trabajo surgió la celda súper simple que crearon hace cinco años, llamada JCVI-syn3.0.
Nueva versión
En el nuevo desarrollo, los investigadores añadieron 19 genes a aquella célula sintética original, incluidos los siete necesarios para la división celular normal. Y obtuvieron la variante actual: JCVI-syn3A.
Identificar los siete genes adicionales tomó años de un esfuerzo minucioso. Se necesitaron docenas de cepas variantes añadiendo y eliminando genes de forma sistemática, para observar cómo esos cambios genéticos afectan al crecimiento y la división celular.
Medir los cambios resultantes bajo un microscopio fue otro desafío porque las células tenían que estar vivas para su observación. Usar microscopios potentes para observar células muertas es relativamente fácil. Obtener imágenes de células vivas es mucho más difícil, destacan los investigadores en un comunicado.
Mantener estas células en su lugar bajo un microscopio fue asimismo particularmente difícil porque son muy pequeñas y delicadas. Cien o más cabrían dentro de una sola bacteria E. coli. Pequeñas fuerzas pueden destrozarlas.
Problema resuelto, pero…
Para resolver este problema, los investigadores diseñaron un quimiostato de microfluidos, una especie de mini-acuario, en el que las células podían mantenerse alimentadas y felices bajo un microscopio óptico. El resultado fue un video que mostraba las células sintéticas creciendo y dividiéndose.
Este video y otros similares permitieron a los investigadores observar cómo sus manipulaciones genéticas afectaban al crecimiento y a la división celular. Si la eliminación de un gen interrumpía el proceso normal, lo devolvían y probaban con otro.
Este proceso, a día de hoy, todavía no ha concluido. De los siete genes agregados a este organismo para la división celular normal, los científicos saben lo que hacen solo dos de ellos. Aún no se conocen las funciones que desempeñan los otros cinco en la división celular.
No obstante, la identificación de estos genes es un paso importante hacia la ingeniería de células sintéticas que hacen cosas útiles, advierten los investigadores.
Este resultado es el fruto de una colaboración entre el Instituto J. Craig Venter (JCVI), el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y el Centro de Bits y Átomos del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), y aparece publicado en la revista Cell.
Referencia
Genetic requirements for cell division in a genomically minimal cell. James F. Pelletier et al. Cell, March 29, 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.008