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Charla «Cómo fabricar ADN sintético y transmitirlo por Internet» de TED2018 en español.
El biólogo Dan Gibson edita y programa ADN de la misma manera que un programador programa una computadora. Pero el «código» que él escribe genera vida, dándole a los científicos el poder de convertir información digital en material biológico, como proteínas y vacunas. En este momento, Gibson dedica su atención al “teletransporte biológico”, un proyecto que promete enviar nuevos medicamentos al otro lado del mundo a través de Internet. Aprendamos sobre esta tecnología que podría cambiar nuestra forma de actuar ante el brote de una enfermedad, y permitirnos descargar recetas de medicamentos personalizados en nuestros hogares.
- Autor/a de la charla: Dan Gibson
- Fecha de grabación: 2018-04-10
- Fecha de publicación: 2018-07-11
- Duración de «Cómo fabricar ADN sintético y transmitirlo por Internet»: 908 segundos
Traducción de «Cómo fabricar ADN sintético y transmitirlo por Internet» en español.
Déjenme que les hable de la fabricación de células artificiales y de cómo imprimir vida.
Pero antes, les contaré una breve historia.
El 31 de marzo de 2013, mi equipo y yo recibimos un correo de una organización de salud internacional que nos alertaba sobre la muerte de dos hombres en China poco después de contraer la gripe aviaria H7N9.
Se temía una pandemia a nivel global ya que el virus había empezado a propagarse rápidamente en China.
Si bien era posible producir una vacuna contra la gripe y detener su propagación, esto llevaría por lo menos seis meses.
Porque el único método de producción que se tenía en aquel momento era un proceso lento y anticuado, desarrollado 70 años atrás.
Había que aislar el virus de pacientes infectados, envasarlo y enviarlo a un laboratorio, donde los científicos inyectarían huevos de gallina con el virus y los incubarían durante varias semanas para preparar el virus y poder dar inicio a las numerosas etapas de elaboración de la vacuna —un proceso que llevaría meses—.
Mi equipo y yo recibimos ese correo porque acabábamos de inventar una impresora biológica que permitiría descargar de Internet e imprimir instantáneamente las instrucciones de la vacuna contra la gripe, acelerando drásticamente la producción de la vacuna y potencialmente salvando miles de vidas.
La impresora biológica hace uso de nuestra habilidad para leer y escribir ADN y nos acerca a lo que nos gusta llamar «teletransporte biológico».
Soy biólogo e ingeniero, y construyo cosas con ADN.
Una de las cosas que más disfruto, aunque no lo crean, es desarmar ADN y luego volverlo a armar para entender mejor cómo funciona.
Puedo editar y programar ADN como si programara una computadora.
Pero mis aplicaciones son distintas.
Generan vida.
Células vivas autorreplicantes y cosas como vacunas y terapias que funcionan de maneras antes consideradas imposibles.
Aquí vemos a Craig Venter, ganador de la Medalla Nacional de Ciencia, y al premio Nobel Ham Smith.
Estos dos hombres compartían la siguiente idea: si todas las funciones y características de todas las entidades biológicas, incluyendo los virus y las células vivas, están escritas en el código de ADN, entonces, pudiendo leer y escribir ese código de ADN se las puede reconstruir en una ubicación remota.
Esto es lo que queremos decir con teletransporte biológico.
Para demostrar esta visión, Craig y Ham se propusieron crear la primera célula artificial usando código de ADN en la computadora.
A ver…
como científico que busca trabajo en investigaciones de avanzada, ¡esto es lo mejor que te puede pasar!
(Risas)
Un genoma es la totalidad del material genético que un organismo posee.
Luego del Proyecto Genoma Humano de 2003, una iniciativa internacional para identificar y cartografiar el genoma completo del ser humano, hubo una revolución en el campo de la genómica.
Los científicos empezaron a dominar las técnicas para decodificar ADN y así poder determinar el orden de las bases A, C, T y G dentro de un organismo.
Pero mi trabajo era muy diferente.
Yo tenía que entender las técnicas para escribir ADN.
Como el escritor de un libro, empecé escribiendo oraciones cortas, o secuencias de ADN, que pronto se convirtieron en párrafos y luego en novelas enteras de ADN con instrucciones biológicas importantes para proteínas y células vivas.
Las células vivas, el mejor mecanismo natural para crear nuevos productos son responsables por la producción del 25 % de los medicamentos, un mercado que vale miles de millones de dólares.
Sabíamos que la escritura de ADN impulsaría aún más esta bioeconomía, cuando pudiéramos programar células igual que una computadora.
También sabíamos que posibilitaría el teletransporte biológico, la impresión específica de material biológico a partir de un código de ADN.
Como paso inicial para cumplir este objetivo, nuestro equipo se abocó a crear la primera célula bacteriana artificial, a partir de código genético almacenado en la computadora.
El ADN sintético es una materia prima.
Hay varias compañías donde se pueden encargar segmentos muy cortos de ADN, elaborados a partir de estos cuatro ingredientes básicos: G, A, T y C.
Fabrican los segmentos de ADN a pedido.
Durante los últimos 15 años, mis equipos han estado desarrollando la tecnología para unir esos segmentos de ADN y formar genomas bacterianos completos.
El genoma más grande que construimos tenía más de un millón de letras.
Es más del doble del tamaño de una novela promedio y tuvimos que poner cada letra en el orden correcto, sin un solo error de tipeo.
Lo conseguimos desarrollando un procedimiento al que traté de llamar «método de recombinación isotérmica in vitro de un solo paso».
(Risas)
Sorprendentemente, la comunidad científica no quiso adoptar este nombre tan correcto y decidieron llamarlo «Ensamblaje de Gibson».
Hoy en día, el Ensamblaje de Gibson es la herramienta modelo que se usa en laboratorios de todo el mundo para construir segmentos de ADN, sean cortos o largos.
(Aplausos)
Una vez que sintetizamos químicamente el genoma bacteriano completo, lo siguiente era encontrar la manera de convertirlo en una célula viva independiente y autorreplicante.
Para nosotros, el genoma era como el sistema operativo de la célula y la célula contenía el hardware necesario para iniciar el genoma.
Luego de varios ciclos de prueba y error, desarrollamos un procedimiento para reprogramar células, e incluso convertir una especie bacteriana en otra distinta reemplazando el genoma de una célula por el genoma de otra.
Esta tecnología de trasplante de genomas abrió luego el camino para iniciar genomas creados por científicos y no por la Madre Naturaleza.
En 2010, todas las tecnologías que habíamos estado desarrollando para leer y escribir ADN dieron finalmente sus frutos cuando anunciamos la creación de la primera célula sintética, a la que, por supuesto, bautizamos «Synthia».
(Risas)
Desde la secuenciación del primer genoma bacteriano en 1995, miles de otros genomas bacterianos han sido secuenciados en su totalidad y almacenados en bases de datos.
Nuestro trabajo con células artificiales demostró que el proceso se podía revertir: se podía tomar de una computadora un genoma bacteriano completo y convertir la información en una célula independiente y autorreplicante, con todas las características esperables para la especie que creamos.
Entiendo por qué puede haber preocupación acerca de la seguridad de esta manipulación genética.
Si bien la tecnología tiene potencial para beneficiar mucho a la sociedad, también tiene potencial para hacer daño.
Con esto en mente, aun antes de conducir el primer experimento, nuestro equipo trabajó juntamente con la ciudadanía y con el Gobierno para encontrar soluciones que ayudaran a desarrollar y regular esta tecnología de manera responsable.
Una de esas soluciones consistió en examinar cada cliente y cada pedido de ADN sintético para asegurarse de no crear patógenos o toxinas por encargo de delincuentes, o simplemente por error de los científicos.
Todos los pedidos sospechosos son denunciados al FBI y otros organismos de seguridad.
La tecnología de las células artificiales traerá la próxima Revolución Industrial, y los cambios que generará en las industrias y las economías nos permitirán afrontar el desafío global de la sostenibilidad.
Las posibilidades son infinitas.
Podríamos elaborar prendas con materiales biobasados renovables, biocombustible para vehículos a partir de microbios modificados, plásticos a partir de polímeros biodegradables y terapias personalizadas, impresas en la habitación del paciente.
El enorme trabajo que hicimos con las células artificiales nos convirtió en líderes mundiales en la generación de ADN.
En el camino, encontramos modos de generar ADN más rápidamente, con más exactitud y más confiabilidad.
La solidez de estas tecnologías nos permitió automatizar los procesos fácilmente y transferir los protocolos de laboratorio a una máquina.
En 2013 construimos la primera impresora de ADN.
La llamamos «BioXp».
Esta máquina ha sido crucial en el proceso de escritura de ADN para una cantidad de aplicaciones en las que mi equipo está colaborando con investigadores de todo el mundo.
Fue al poco tiempo de construir la BioXp que recibimos ese correo sobre la fiebre aviaria H7N9 en China.
Un equipo de científicos chinos ya había conseguido aislar el virus, secuenciar su ADN y subirlo a Internet.
A pedido del gobierno de EE.
UU., descargamos la secuencia de ADN y, en menos de 12 horas, la imprimimos en la BioXp.
Enseguida, nuestros colegas de Novartis comenzaron a convertir ese ADN sintético en una vacuna contra la gripe.
El Centro de Control de Enfermedades, en tanto, con tecnología de los años 40, todavía estaba esperando que le llegara el virus de China para poder comenzar con el método de los huevos.
Por primera vez teníamos una vacuna contra la gripe desarrollada tempranamente contra una cepa nueva y potencialmente peligrosa, y el gobierno de los EE.
UU.
hizo acopio.
(Aplausos)
En ese momento, comencé a apreciar más que nunca el poder del teletransporte biológico.
(Risas)
Naturalmente, con esto en mente, empezamos a construir un teletransportador biológico.
Lo llamamos DBC, abreviatura de «convertidor digital-biológico».
A diferencia de la BioXp, que trabaja con segmentos cortos de ADN prefabricados, el DBC toma código de ADN digitalizado y lo convierte en entidades biológicas, como ADN, ARN, proteínas e incluso virus.
Se podría decir que la BioXp es como un reproductor de DVD, donde hay que insertar un disco físico, mientras que el DBC es como Netflix.
Para construir el DBC, mi equipo colaboró con ingenieros en software e instrumentación para integrar una cantidad de protocolos de laboratorio en una única máquina.
Esto incluyó los algoritmos para determinar el ADN a fabricar, la química para unir las bases G, A, T y C de ADN y formar segmentos cortos, el Ensamblaje de Gibson para unirlos y formar otros mucho más largos, y la biología para convertir el ADN en otras entidades biológicas, como las proteínas.
Este es el prototipo.
No era bonito, pero era efectivo.
Fabricaba medicamentos y vacunas, y los protocolos de laboratorio, que antes llevaban semanas o meses, ahora podían ejecutarse en tan solo un día o dos.
Todo sin intervención humana y activado simplemente por un correo electrónico que podía ser enviado de cualquier parte del mundo.
Nos gusta comparar el DBC con la máquina de fax.
Pero mientras la máquina de fax recibía imágenes y documentos, el DBC recibe materiales biológicos.
Piensen ahora en la evolución de las máquinas de fax.
El prototipo de la década de 1840 es irreconocible comparado con los faxes que hay ahora.
En los 80, la mayoría de la gente todavía no sabía qué era el fax, y si lo sabían, les resultaba difícil entender el concepto de que una imagen se reproducía instantáneamente en otra parte del mundo.
Hoy, todas las tareas de un fax pueden ser realizadas por el teléfono inteligente y, por supuesto, damos por sentado este intercambio veloz de información digital.
Nuestro DBC hoy en día se ve así.
Prevemos que el DBC evolucionará de manera similar a la máquina de fax.
Estamos trabajando para reducir el tamaño del instrumento, y para hacer que la tecnología de base sea más confiable, más económica, más veloz y más exacta.
La exactitud es extremadamente importante en la síntesis de ADN, porque cambiar tan solo una letra del ADN puede determinar si un medicamento funciona o no, o si una célula sintética está viva o no.
El DBC será de utilidad en la fabricación distribuida de medicamentos a partir de ADN.
Todos los hospitales del mundo podrían usar un DBC para imprimir medicamentos personalizados para cada paciente en su habitación.
Hasta puedo imaginar que un día será normal tener un DBC en casa conectado a la computadora o al móvil para descargar recetas médicas, como insulina o terapias de anticuerpos.
El DBC también será de utilidad en sitios estratégicos de todo el mundo para responder rápidamente ante brotes de enfermedades.
Por ejemplo, el Centro de Control de Enfermedades en Atlanta, Georgia, podría enviar instrucciones a un DBC al otro lado del mundo para fabricar una vacuna contra la gripe directamente donde se necesita.
Podría incluso ser una vacuna específica para la cepa de la gripe que está circulando en esa zona.
Enviar vacunas en un archivo digital, en lugar de acopiarlas y despacharlas, promete salvar miles de vidas.
Por supuesto, podemos imaginar todo tipo de aplicaciones.
No es difícil imaginar un DBC instalado en otro planeta.
Los científicos podrían mandar desde la Tierra instrucciones digitales a ese DBC para fabricar nuevos medicamentos o para crear organismos sintéticos que produzcan oxígeno, alimento, combustible o materiales de construcción, con el objetivo de hacer ese planeta más apto para la vida humana.
(Aplausos)
Con la información digital que viaja a la velocidad de la luz, sería cuestión de minutos enviar esas instrucciones de la Tierra a Marte, pero llevaría meses enviar las mismas muestras físicamente en una nave espacial.
Por ahora, me conformaría con enviar nuevos medicamentos por todo el mundo de forma automática y a pedido, proteger vidas de nuevas enfermedades infecciosas e imprimir drogas contra el cáncer, personalizadas para los pacientes que no pueden esperar.
Gracias.
(Aplausos)
https://www.ted.com/talks/dan_gibson_how_to_build_synthetic_dna_and_send_it_across_the_internet/