Las células con genoma totalmente artificial sintetizado se describieron por primera vez en 2010, a partir de las cuales se derivó una célula con genoma minimalista que mostraba una morfología anormal durante 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, intentando descifrar completamente el código genético para entender cómo la célula crece y se divide para dar origen a más células similares. Con el advenimiento de la secuenciación del ADN , ha sido posible decodificar la secuencia del genoma , lo que ha permitido intentar comprender los procesos celulares y las bases de la vida. En 1984, Morowitz propuso el estudio de los micoplasmas, las células más simples capaces de crecimiento autónomo, para comprender los principios básicos de la vida.
Desde entonces, se han realizado varios intentos para reducir el tamaño del genoma a un número mínimo que dé lugar a una célula 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. Las deleciones posteriores realizadas en JCVI-syn1.0 por Hutchinson III et al. (1) dieron lugar a JCVI-syn3.0 en 2016, que tenía un tamaño de genoma de 531 Kb con 473 genes y un tiempo de duplicación de 180 minutos, aunque presentaba una morfología anormal durante la división celular. Aún tenía 149 genes con funciones biológicas desconocidas, lo que sugiere la presencia de elementos aún no descubiertos 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 del diseño de genoma completo.
Recientemente, el 29 de marzo de 2021, Pelletier y sus colegas (2) utilizaron JCVI syn3.0 para comprender los genes necesarios para la división y morfología celular mediante la introducción de 19 genes en el genoma de JCVI syn3.0, dando lugar a JCVI syn3.0A, que presenta una morfología similar a la de JCVI syn1.0 tras la división celular. Siete de estos 19 genes incluyen dos genes conocidos de división celular y cuatro genes que codifican proteínas asociadas a la membrana de función desconocida, los cuales, en conjunto, restauraron un fenotipo similar al de JCVI-syn1.0. Este resultado sugiere la naturaleza poligénica de la división y morfología celular en una célula genómicamente mínima.
Dado que el JCVI syn3.0 es capaz de sobrevivir y multiplicarse gracias a su genoma minimalista , puede utilizarse como organismo modelo para crear diferentes tipos de células con funciones variadas que resulten beneficiosas para los seres humanos y el medio ambiente. Por ejemplo, se pueden introducir genes que permitan la disolución de plásticos, de modo que el nuevo organismo pueda utilizarse para su degradación biológica. Asimismo, se pueden añadir genes relacionados con la fotosíntesis al JCVI syn3.0, lo que le permitiría utilizar el dióxido de carbono atmosférico, reduciendo así sus niveles y contribuyendo a mitigar el calentamiento global, uno de los principales problemas climáticos que afronta la humanidad. Sin embargo, estos experimentos deben realizarse con la máxima precaución para evitar la liberación de un superorganismo al medio ambiente que, una vez liberado, resulte difícil de controlar.
No obstante, la idea de contar con una célula con un genoma minimalista y su manipulación biológica puede conducir a la creación de diversos tipos celulares con funciones variadas, capaces de resolver los principales problemas que enfrenta la humanidad y su supervivencia. Sin embargo, existe una diferencia entre la creación de una célula totalmente sintética y la creación de un genoma funcionalmente sintético . Una célula artificial ideal, completamente sintética, consistiría en un genoma sintetizado junto con componentes citoplasmáticos sintetizados, un logro que los científicos anhelan alcanzar en los próximos años, a medida que los avances tecnológicos alcancen su máximo potencial.
El reciente desarrollo podría ser un trampolín hacia la creación de una célula totalmente sintética que sea capaz de crecer y dividirse.
***
Referencias:
- Hutchison III C, Chuang R., et al 2016. Diseño y síntesis de una bacteria mínima genoma. 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
***
