Synthetic biology. The engineering of living organisms could soon start changing everything. Synthetic biology has only just begun, says Oliver Morton

Cita: 

The Economist [2019], "Synthetic biology. The engineering of living organisms could soon start changing everything. Synthetic biology has only just begun, says Oliver Morton", The Economist, London, 6 de abril, https://www.economist.com/technology-quarterly/2019/04/04/the-engineerin...

Fuente: 
The Economist
Fecha de publicación: 
Sábado, Abril 6, 2019
Tema: 
Biología sintética: historia e implementación en la vida actual.
Idea principal: 

1. Un mundo completamente nuevo

La Biología es una ciencia fundamental para entender la estructura de la materia a escala molecular. Esta ciencia ha sido base para reunir jóvenes interesados en la investigación científica, poniéndolos a prueba en competencias anuales como la fundación International Genetically Engineered Machine (IGEM) del Massachusetts Institute of Technology (MIT), presentando proyectos encaminados hacia la ingeniería y biología sintética.

Desde hace más de 10 000 años los seres humanos han modificando la biología de los cultivos y el ganado (mediante la cría selectiva), sin embargo, la promesa de la biología sintética es hacer cambios desde cero al editar los genes sin la necesidad de hacer copias. La clave de la biología sintética es su capacidad para escribir nuevos mensajes químicos en fragmentos “cinta teletipo” (tickertipe) en vez de mover los viejos fragmentos de genoma. Estas máquinas comenzaron a principios de 1980. Años más tarde, compañías empezaron a escribir casi cualquier secuencia de letras de ADN, desligándose de los genes de la naturaleza.

Esta nueva capacidad se puede ver en las tres tendencias académicas de fines del siglo XX y principios de siglo XXI formando la biología sintética presente:
i) Los ingenieros del MIT fueron los pioneros en las revoluciones de la informática en la década de 1970, desarrollando la tecnología de secuenciación, haciendo analogías entre la informática y la biología basada en códigos digitales.
ii) Académicos empezaron a trabajar con recrear mecanismos naturales.
iii) Nacimiento de la ingeniería metabólica. En la década del año 2000 hubo grandes avances en las formas de editar y diseñar nuevas capacidades en los organismos.

Una de las nuevas tecnologías que se ha desarrollado es la de la edición de genes, como lo es CRISPI. Otra es la aplicación del aprendizaje automático para el reconocimiento de patrones en la edición de genes.

2. Reprogramando la vida

Para poder entender la biología sintética es necesario entender a las proteínas. Las proteínas llevan a cabo casi todas las funciones básicas de la vida, están formadas por aminoácidos unidas en una cadena. El gen para cada proteína consiste en la lista en orden de los aminoácidos necesarios para construirla. Esta información se escribe en el genoma como una secuencia de bases de ADN (A, C, T y G, las letras en la cinta de teletipo). El código genético es el encargado de cambiar las secuencias de ADN a secuencias de aminoácidos, haciendo que cada uno de estos últimos tenga un significado fijo, basándose en las 64 palabras de tres letras que se pueden formar con las letras en la cinta teletipo. Estas son conocidas como codones y pueden formarse utilizando las cuatro bases del ADN.

Las células a partir de moléculas llamadas T-RNA reconocen los codones y transportan aminoácidos. Asimismo, cuentan con un mecanismo llamado ribosoma, en el cual las moléculas T-RNA interactúen con una copia del gen. Y aunque la forma en que se hacen los procesos biológicos puede asemejarse con un programa de computadora, la forma en que se realizan los primeros es demasiado compleja. En un programa se puede manipular casi cualquier cosa, y para la información biológica y su implementación son casi inseparables. Sin embargo, siempre existe una forma de manipularlos.

La biotecnología consiste en hacer que las células produzcan proteínas que no producirían por sí mismas. Esto se hace cortando un gen de un organismo e introduciéndolo en otro. La mayoría de estas proteínas han sido naturales, es decir, son proteínas tomadas de ciertas especies y se introducen en otras. Esto ha ayudado al mejoramiento y resistencia de organismos vivos, lo cual también significo grandes ganancias.

Actualmente el diseño de proteínas y de ADN permite la producción de proteínas que, ya sea en conjunto o separadas, hace lo que la naturaleza no puede. Y aunque sigue siendo un proceso imperfecto, debido a las variaciones de ADN, se prueba muchas veces hasta encontrar alguna que funcione.

Otra posibilidad, aunque más radical, es la creación de enzimas para catalizar reacciones químicas que la naturaleza nunca lleva a cabo, uniendo un átomo de carbono con un átomo de silicio. Estos compuestos tienen múltiples beneficios y pueden ser usadas en la farmacéutica, la construcción, la electrónica entre otras áreas. Sin embargo, la naturaleza no crea estos compuestos, por lo cual no son utilizadas en enzimas naturales. En 2016, Frances Arnold de Caletch creó una enzima que pegara el silicio con el carbono, lo cual le valió el premio Nobel para el año 2018.

También es posible producir nuevos RNA bajo la edición de genes CRISP. Este funciona creando una molécula ARN que cierra una secuencia específica del genoma. Después, una proteína compañera rompe el ADN y así se puede insertar otro gen.

En todo el mundo diez laboratorios están reescribiendo el genoma de la levadura de cerveza, esto con el fin de crear un mejor banco de datos para la investigación genética. Otro proyecto llamado “Sc2.0” opera con un código diferente, ya que en lugar de utilizar todos los codones para hacer un aminoácido este sistema utiliza tres codones para realizar una acción.

3. Una revolución industrial

Zach Serber pionero en el campo de la biología sintética comenzó trabajando en la empresa Amyris, empresa dedicada a la investigación y producción de ingredientes para el mercado de salud y limpieza. Tiempo después decidió formar una empresa llamada Zymergen la cual tuviera como objetivo ofrecer su biología sintética a las empresas que ya utilizaban biotecnología. De manera similar han brotado otras empresas de biología sintética: Arzeda y Ginkgo.

De igual forma se desarrolla la automatización en la producción de nuevos genes, acelerando su producción y calidad. El uso de más técnicas de información puede aumentar los datos que muestren sus logros y sus desventajas en un gen modificado. La industrialización también ha puesto en marcha varios desarrollos para la biotecnología; Berkeley Lights, una startup, tiene pozos con una sola celda para ser manipulada mediante rayos láser; otra empresa Transcriptic tiene laboratorios "en la nube" para realizar experimentos en cualquier parte del mundo.

4. Algo nuevo

De la vida en la Tierra hay quizá cerca de 5 millones de proteínas diferentes, de las cuales no se sabe a exactamente que hace cada una de ellas. Una startup llamada Bolt Threads fabrica tela y ropa a partir de proteínas de seda de araña y cuero de micelios fúngicos; esto con el objetivo de hacer ropa vegana para las personas que se oponen al hervir gusanos de seda y desollar el ganado. Otras empresas están trabajando en productos que ayuden a obtener el sabor y textura de la carne. La empresa llamada Impossible Foods, crea microbios diseñados para el suministro a granel de la proteína de la leghemoglobina, obtenida comúnmente en las raíces de las plantas.

El Dr. David Baker fundador de Arzeda empresa que se dedica al diseño de proteínas con varios usos. Una proteína que crea hielo puede servir para crear heladas o estaciones de esquí pero también se le puede dar un uso en las redes atómicas de semiconductores en las computadoras y la construcción de motores moleculares. Otra proteína puede adherirse entre si a partir de un velcro molecular. El Dr. Chen ha creado 64 proteínas complementarias que cuando se adhieren entre si forman 32 pares. También han creado las células CAR-T, las cuales han demostrado ser capaces de combatir las células cancerígenas. Wendell Lim de la Universidad de California, en San Francisco ha encontrado una forma de rehabilitar las células CAR-T, usando una versión sintética de las proteínas Notch, que al igual que las células CAR crean una señal cuando reconocen una célula fuera de ella. Ahora, el Dr. Limm se encuentra trabajando en circuitos con mayor complejidad, que incluyan tres estímulos simultáneos.

En 2018, el Dr. Carlson de BioEconomy trabajó con Microsoft, en un proyecto de mostraba como los datos podían ser codificados como el ADN. Y aunque puede resultar costoso, esto no significa que sea imposible.

5. Liberación de la biología

El siglo XXI se muestra como el siglo de la biología. La biología sintética promete ayudar a la producción de nuevos productos útiles y nuevas formas de actuar de manera útil. Esto no será una tarea fácil, ya que comprender el funcionamiento y la capacidad de procesar información es compleja. Tecnologías como CRSPI prometen mejorar especies y recrear animales extintos. Algunos ambientalistas también lo ven con cierto rechazo, ya que es una manera grotesca de intentar rescatar de la destrucción total a especies que no han sido relevantes. La biología sintética es un tema controversial aunque el intercambio genético siempre ha existido, solo que con la implementación de su edición y creación de manera más controlada y rápida en beneficio de una mayor producción es algo inédito.

Datos cruciales: 

1. En octubre de 2018 más de 300 equipos de 42 países participaron en la competencia anual de la fundación International Genetically Engineered Machine (iGEM), la cual busca fomentar un marco de industria de biología sintética.

2. Ginkgo Bioworks, firma que surgió del MIT (Massachusetts Institute of Technology) que se dedica a la construcción de nuevos organismos para clientes de la industria agrícola y química, ha atraído 429 millones de dólares de inversión.

3. En 2002 estudiantes de ingeniería del MIT utilizaban genes comprados en línea para transformar bacterias.

4. En el año 2003 el Dr. Keasling fundó la compañía “Amyris”, la cual tenía como objetivo la producción de artemisinina (fármaco).

5. El Departamento del Pentágono DARPA creó en 2013 una oficina de biología. En 2015 hizo un programa que pagó a dos de los laboratorios más importantes para producir 1000 moléculas nunca creadas biológicamente con anterioridad.

6. El reescribir el genoma de la levadura de cerveza ha hecho que investigadores reúnan más de 12 millones de bases de datos de ADN.

7. La ganancias obtenidas por la modificación de especies representa 2% del PIB estadounidense en 2017, según Rob Carlson de Bioeconomy Capital. La contribución fue dividida entre tres industrias: la farmacéutica con 137 mil millones de dólares, la de cultivos con 104 mil millones de dólares y por última la biotecnología industrial con poco más de 147 mil millones de dólares.

8. El 75% de la empresa Zymergen está ayudando a otras empresas a aumentar su producción y reducir costos, esto con el empleo de microorganismos modificados.

9. El gráfico The on switch muestra el circuito de dos genes elaborado por el Dr. Limm y su equipo, en donde se observa como en primer lugar un gen hace que produzcan proteínas Notch en la superficie al encontrarse con una molécula cancerígena. En segundo momento se produce una célula CAR-T, el cual producirá una proteína solo si está activado, por lo cual necesita primero ser activado por la proteína Notch.

10. La compañía Cell Design Labs en la cual el Dr. Limm trabajó para que el sistema de células CAR-T ayudará a eliminar células cancerígenas a partir de la implementación de las proteínas Notch. El diseño fue vendido a Gilead, una compañía terapéutica, en un valor de 547 millones de dólares.

Nexo con el tema que estudiamos: 

Si bien la investigación y uso de la biología sintética puede traer beneficios grandes en todos los sectores productivos. Sin embargo, es de gran relevancia cuestionarse a quienes serviría el hecho de que esta ciencia acelere los procesos y la modificación de especies. Asimismo existen muchos riesgos sobre un mal uso que pueda traer efectos negativos en el medio ambiente y en la salud.