Las células con genoma sintetizado completamente artificial se informaron por primera vez en 2010 de las cuales se derivó una célula de genoma minimalista que mostró una morfología anormal tras la división celular. La reciente adición de un grupo de genes a esta célula minimalista restauró la división celular normal
Las células son las unidades estructurales y funcionales básicas de la vida, una teoría propuesta por Schleiden y Schwann en 1839. Desde entonces, los científicos se han interesado en comprender las funciones celulares tratando de descifrar completamente el código genético para comprender cómo crece y se divide la célula para dar lugar a más células de un tipo similar. Con el advenimiento de ADN secuenciando, se ha podido decodificar la secuencia del genoma intentando comprender los procesos celulares para comprender la base de la vida. En el año 1984, Morowitz propuso el estudio de los micoplasmas, las células más simples capaces de crecer de forma autónoma, para comprender los principios básicos de la vida.
Desde entonces, se han realizado varios intentos para reducir el tamaño del genoma a un número minimalista que dé lugar a una célula que sea capaz de realizar todas las funciones celulares básicas. Los experimentos condujeron por primera vez a la síntesis química del genoma de Mycoplasma mycoides de 1079 Kb en el año 2010 y se denominó JCVI-syn1.0. Eliminaciones adicionales realizadas en JCVI-syn1.0 por Hutchinson III et al. (1) dio lugar a JCVI-syn3.0 en 2016 que tenía un tamaño de genoma de 531 Kb con 473 genes y tenía un tiempo de duplicación de 180 minutos, aunque con una morfología anormal en la división celular. Todavía tenía 149 genes con funciones biológicas desconocidas, lo que sugiere la presencia de elementos aún por descubrir que son esenciales para la vida. Sin embargo, JCVI-syn3.0 proporciona una plataforma para investigar y comprender las funciones vitales mediante la aplicación de los principios de la integralidad.genoma, diseño.
Recientemente, el 29 de marzo de 2021, Pelletier y sus colegas (2) utilizaron JCVI syn3.0 para comprender los genes necesarios para la división celular y la morfología mediante la introducción de 19 genes en el genoma de JCVI syn3.0, dando lugar a JCVI syn3.0A que ha una morfología similar a JCVI syn1.0. sobre la división celular. 7 de estos 19 genes, incluye dos genes de división celular conocidos y 4 genes que codifican proteínas asociadas a la membrana de función desconocida, que juntos restauraron el fenotipo similar al de JCVI-syn1.0. Este resultado sugiere la naturaleza poligénica de la división celular y la morfología en una célula genómicamente mínima.
Dado que el JCVI syn3.0 es capaz de sobrevivir y multiplicarse basándose en su genoma minimalista, se puede utilizar como organismo modelo para crear diferentes tipos de células con funciones variadas que pueden ser beneficiosas para los seres humanos y el medio ambiente. Por ejemplo, se pueden introducir genes que conduzcan a la disolución de los plásticos para que el nuevo organismo elaborado pueda utilizarse para la degradación de los plásticos de manera biológica. De manera similar, una vez se puede contemplar la adición de genes relacionados con la fotosíntesis en JCVI syn3.0, lo que lo hace susceptible de usar dióxido de carbono de la atmósfera, reduciendo así sus niveles y ayudando a reducir el calentamiento global, un problema climático importante que enfrenta la humanidad. Sin embargo, estos experimentos deben tratarse con la mayor precaución para garantizar que no liberemos un superorganismo en el medio ambiente que sea difícil de controlar una vez liberado.
No obstante, la idea de tener una célula con genoma minimalista y su manipulación biológica puede conducir a la creación de diversos tipos de células con diversas funciones capaces de resolver los principales problemas que enfrenta la humanidad y su supervivencia final. Sin embargo, existe una distinción entre la creación de una célula completamente sintética y la creación de un genoma funcionalmente sintético. Una célula artificial completamente sintética ideal consistiría en un genoma sintetizado junto con componentes citoplasmáticos sintetizados, una hazaña que a los científicos les encantaría lograr más temprano que tarde en los próximos años a medida que los avances tecnológicos alcancen su punto máximo.
El reciente desarrollo podría ser un trampolín hacia la creación de una célula totalmente sintética que sea capaz de crecer y dividirse.
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Referencias:
- Hutchison III C, Chuang R., et al 2016. Diseño y síntesis de un genoma bacteriano mínimo. Ciencia 25 Marzo de 2016: Vol. 351, Edición 6280, aad6253
DOI: https://doi.org/10.1126/science.aad6253
- Pelletier JF, Sun L., et al 2021. Requisitos genéticos para la división celular en una célula genómicamente mínima. Celda. Publicado: 29 de marzo de 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.008
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