Diseñan el primer genoma de un organismo vivo completamente generado por computadora

• Denominado Caulobacter ethensis-2.0, se ha producido físicamente en forma de una molécula de ADN
• Sin embargo, los investigadores recalcan que aún no existe un organismo correspondiente

El avance de los científicos de ETH Zurich podría revolucionar la biotecnología.

El primer genoma de una bacteria completamente diseñado por un algoritmo informático ha sido desarrollado por científicos de ETH Zurich, un logro con potencial para revolucionar la biotecnología.

Caulobacter ethensis-2.0, es el primer genoma de un organismo vivo completamente generado por computadora. Sin embargo, se debe enfatizar que, aunque el genoma de C. ethensis-2.0 se produjo físicamente en forma de una molécula de ADN muy grande, aún no existe un organismo correspondiente: la función biológica a nivel de la proteína sigue siendo la misma que la del organismo de origen, subraya un comunicado de ETH Zurich.

C. ethensis-2.0 se basa en el genoma de una bacteria de agua dulce bien estudiada e inofensiva, Caulobacter crescentus, que es una bacteria natural que se encuentra en el agua de manantial, ríos y lagos de todo el mundo. No causa ninguna enfermedad.

C. crescentus es también un organismo modelo utilizado comúnmente en los laboratorios de investigación para estudiar la vida de las bacterias. El genoma de esta bacteria contiene 4.000 genes. Los científicos demostraron anteriormente que solo alrededor de 680 de estos genes son cruciales para la supervivencia de las especies en el laboratorio. Las bacterias con este genoma mínimo son viables en condiciones de laboratorio.

Síntesis química desde cero

Beat Christen, profesor de biología de sistemas experimentales en ETH Zurich, y su hermano, Matthias Christen, químico de ETH Zurich, tomaron el genoma mínimo de C. crescentus como punto de partida. Se propusieron sintetizar químicamente este genoma desde cero, como un cromosoma en forma de anillo continuo.

Esta tarea fue vista previamente como un verdadero 'tour de force': el genoma bacteriano sintetizado químicamente presentado hace once años por el pionero de la genética estadounidense Craig Venter fue el resultado de diez años de trabajo de veinte científicos, según informes de los medios. Se dice que el costo del proyecto totalizó 40 millones de dólares.

Mientras el equipo de Venter hizo una copia exacta de un genoma natural, los investigadores de ETH Zurich alteraron radicalmente su genoma usando un algoritmo de computadora. Su motivación era doble: una, para facilitar la producción de genomas, y dos, para abordar cuestiones fundamentales de biología.

Para crear una molécula de ADN tan grande como un genoma bacteriano, los científicos deben proceder paso a paso. En el caso del genoma de Caulobacter, los científicos de ETH Zurich sintetizaron 236 segmentos de genoma, que posteriormente juntaron. "La síntesis de estos segmentos no siempre es fácil", explica Matthias Christen.

"Las moléculas de ADN no solo poseen la capacidad de adherirse a otras moléculas de ADN, sino que, dependiendo de la secuencia, también pueden retorcerse en bucles y nudos, lo que puede dificultar el proceso de producción o hacer que la fabricación sea imposible", explica Matthias Christen.

Simplificación de los genomas

Para sintetizar los segmentos del genoma de la manera más simple posible, y luego juntar todos los segmentos de la manera más racional, los científicos simplificaron radicalmente la secuencia del genoma sin modificar la información genética real (a nivel de proteína). Existe una amplia latitud para la simplificación de los genomas, porque la biología tiene redundancias integradas para almacenar información genética. Por ejemplo, para muchos componentes de proteínas (aminoácidos), hay dos, cuatro o incluso más posibilidades de escribir su información en el ADN.

El algoritmo desarrollado por los científicos de ETH Zurich hace un uso óptimo de esta redundancia del código genético. Usando este algoritmo, los investigadores calcularon la secuencia de ADN ideal para la síntesis y construcción del genoma, que finalmente utilizaron para su trabajo.

Como resultado, los científicos sembraron muchas pequeñas modificaciones en el genoma mínimo, que en su totalidad son, sin embargo, impresionantes: más de una sexta parte de todas las 800.000 letras de ADN en el genoma artificial fueron reemplazadas, en comparación con el mínimo genoma "natural".

"A través de nuestro algoritmo, hemos reescrito completamente nuestro genoma en una nueva secuencia de letras de ADN que ya no se parece a la secuencia original. Sin embargo, la función biológica a nivel de la proteína sigue siendo la misma", dice Beat Christen.