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Charla «Las increíbles posibilidades del ADN artificial» de TED2018 en español.
Todas las células vivas surgen a partir de un alfabeto genético de cuatro letras: A, T, C y G, las unidades básicas del ADN. Pero esta realidad ha cambiado. En esta visionaria charla, el biólogo sintético Floyd E. Romesberg nos presenta el primer organismo vivo creado a partir de un ADN de seis letras, es decir, las cuatro letras convencionales más dos nuevas letras artificiales: X e Y. Además, indaga en cómo este gran avance en la biología sintética podría poner en duda nuestro entendimiento de los designios de la naturaleza.
- Autor/a de la charla: Floyd E. Romesberg
- Fecha de grabación: 2018-04-10
- Fecha de publicación: 2018-11-26
- Duración de «Las increíbles posibilidades del ADN artificial»: 836 segundos
Traducción de «Las increíbles posibilidades del ADN artificial» en español.
Toda vida, todo ser vivo se desarrolla a partir de la información de su ADN.
¿Qué significa esto?
Significa que, así como el alfabeto inglés está formado por varias letras que al combinarse en palabras permiten contar historias como la de hoy, el ADN está formado por letras genéticas que forman genes con los que las células pueden producir proteínas, cadenas de aminoácidos que forman estructuras complejas y permiten a las células cumplir su función: contar historias.
El alfabeto inglés tiene 26 letras y el alfabeto genético, cuatro.
Son bastante famosas, quizá las escucharon nombrar.
Comúnmente solo se las llama G, C, A y T.
Pero es sobresaliente que toda la diversidad orgánica haya sido el resultado de cuatro letras genéticas.
Imaginen qué sucedería si el alfabeto inglés tuviera cuatro letras.
¿Qué clase de historias serían capaces de contar?
¿Y si el alfabeto genético tuviese más letras?
Si la vida tuviera más letras,
¿podría contar más historias, quizá incluso historias más interesantes?
En 1999, mi laboratorio en el Instituto de Investigación Scripps, en La Jolla, CA.
comenzó a investigar este interrogante con el objetivo de crear organismos vivos con ADN creado a partir de un alfabeto genético de seis letras: las cuatro letras convencionales más dos nuevas letras artificiales.
Un organismo así sería la primera forma de vida radicalmente alterada jamás creada.
Sería una forma de vida semisintética capaz de almacenar más información que cualquier otro organismo en la historia.
Podría crear proteínas nuevas a partir de más de 20 aminoácidos normales usualmente usados para crear proteínas.
¿Qué tipo de historias podría contar ese organismo?
Gracias al avance de la química sintética, a la biología molecular y a más de 20 años de trabajo hemos creado bacterias con un ADN de seis letras.
Les contaré cómo lo conseguimos.
Lo único que deben recordar de sus clases de biología es que las cuatro letras naturales se combinan para crear dos pares de bases: G se combina con C y A, con T.
Así que, para crear nuevas letras, sintetizamos cientos de posibles letras candidatas y analizamos su capacidad para combinarse entre sí de forma selectiva.
Y tras 15 años de trabajo, descubrimos dos que se combinaban bastante bien, al menos en probetas.
Tienen nombres muy complicados, pero llamémoslas simplemente X e Y.
Lo siguiente era descubrir cómo insertar X e Y en células, y finalmente descubrimos que una proteína que hace algo similar en las algas funcionaba en nuestra bacteria.
Por último, necesitábamos demostrar que, si contaban con X e Y, las células podrían crecer, dividirse y mantener a X e Y en su ADN.
Todo lo que hicimos hasta ese momento demoró más de lo deseado —soy una persona muy impaciente—, pero esto, el paso más importante, se dio más rápido de lo imaginado, prácticamente de inmediato.
Un fin de semana de 2014, un graduado en mi laboratorio consiguió crear bacterias con ADN de seis letras.
Permítanme presentárselas ahora mismo.
En esta foto pueden verlas.
Se trata de los primeros organismos semisintéticos.
Bacterias con ADN de seis letras…
Es genial,
¿cierto?
Puede que se pregunten de qué forma.
Les contaré más sobre nuestras motivaciones, tanto conceptuales como prácticas.
Conceptualmente, la gente siempre ha pensado en la vida: qué es, qué la hace diferente a lo no vivo.
Han pensado esto desde siempre.
Muchos han considerado que la vida es perfecta, y esto se ha tomado como prueba de la existencia de un creador.
Los seres vivos son diferentes porque un dios les otorgó vida.
Otros buscaron una explicación más científica, pero podemos afirmar que aún se piensa que las moléculas de los seres vivos son especiales.
La evolución las ha perfeccionado durante miles de millones de años.
Sea cual fuere la postura, es claramente imposible que un científico consiga fabricar partes nuevas que funcionen dentro y junto a las moléculas existentes sin arruinarlo todo de alguna manera.
Pero
¿qué tan perfectamente evolucionados estamos realmente?
¿Qué tan especiales son las moléculas de los seres vivos?
Ha sido imposible hacer estas preguntas porque no tenemos con qué hacer la comparación.
Ahora por primera vez nuestro trabajo indica que quizá las moléculas de los seres vivos no son especiales.
Quizá la vida, como la conocemos hoy, no es la única forma de vida posible.
Quizá no somos la única solución, quizá ni siquiera la mejor solución, sino tan solo una solución.
Estos son interrogantes clave sobre la vida, pero quizá parezcan algo esotéricos.
¿Qué hay de nuestras motivaciones prácticas?
Queremos explorar qué tipo de historias nuevas podrían contar los organismos con un vocabulario ampliado.
Y recuerden, las historias serían las proteínas que producen las células y sus funciones.
¿Qué tipo de proteínas nuevas con funciones nuevas podrían crear y quizá hasta usar nuestros organismos semisintéticos?
Se nos ocurren un par de posibilidades.
Primero debemos conseguir que las células fabriquen proteínas para nuestro uso.
Hoy día, las proteínas se usan de muchas formas diferentes: para crear materiales que protejan a los soldados, dispositivos que detecten componentes peligrosos.
Pero en mi opinión el uso más emocionante es la fabricación de drogas proteicas.
A pesar de ser relativamente nuevas, las drogas proteicas ya han revolucionado la medicina.
Por ejemplo, la insulina es una proteína, seguramente la escucharon nombrar, se fabrica como droga y ha cambiado totalmente la forma de tratar la diabetes.
Pero el inconveniente es que las proteínas son muy difíciles de fabricar.
La única forma de conseguirlas es hacer que las células las fabriquen.
Entonces, las células naturales solamente fabricarán proteínas con aminoácidos naturales, y las propiedades de estas proteínas, es decir, los posibles usos que podría dárseles, estarán limitados por la naturaleza de los aminoácidos a partir de los que se crea la proteína.
Aquí los vemos: los 20 aminoácidos que se unen para fabricar una proteína.
Y, como pueden ver, no son muy diferentes.
No tienen muchas funciones diferentes.
No crean mucha variedad de funciones.
Compárenlos con las moléculas que los químicos sintéticos crean como drogas.
Son más sencillas que las proteínas, pero se fabrican a partir de un abanico mucho más amplio de posibilidades.
Sin prestar atención a los detalles moleculares, creo que pueden notar la diferencia.
Y son esas diferencias lo que las vuelve drogas óptimas para tratar diferentes enfermedades.
Hace que uno se pregunte qué tipo de drogas proteicas podrían desarrollarse si contásemos con proteínas creadas a partir de distintas cosas.
¿Podemos hacer que nuestro organismo semisintético fabrique proteínas con nuevos y diferentes aminoácidos, quizá con aminoácidos seleccionados para otorgarle a la proteína alguna función específica?
Por ejemplo, hay proteínas que no son estables dentro del organismo humano.
Se degradan o eliminan de forma rápida, y esto evita que cumplan su función.
¿Y si pudiésemos crear proteínas con aminoácidos que tengan determinados componentes que las protejan del entorno, que evite que se degraden o eliminen y sean así drogas más eficaces?
¿Podríamos crear proteínas que tengan pequeños dedos para aferrarse a moléculas específicas?
Muchas moléculas fracasan durante su desarrollo como drogas por no poder dar con su meta específica dentro del complejo entorno que es el organismo humano.
¿Podemos tomar esas moléculas y hacerlas parte de los nuevos aminoácidos para que, cuando se las inserte en una proteína, la proteína las guíe a su objetivo?
Establecí una empresa llamada Synthorx.
‘Synthorx’ por los organismos sintéticos, y la ‘x’ al final porque así lo hacen las empresas de biotecnología.
(Risas)
Synthorx y mi laboratorio trabajan en equipo y están interesados en una proteína que reconoce ciertos receptores en la superficie de las células humanas.
Pero el problema es que también reconoce otro receptor en la superficie de las mismas células, y esto la vuelve tóxica.
¿Podríamos crear una variante de esa proteína en la cual la parte que interactúa con el receptor incorrecto sea bloqueada, bloqueada por algo como un gran escudo, para que así la proteína solo interactúe con el receptor que corresponde?
Conseguir esto sería muy difícil o imposible con los aminoácidos normales, pero no con aminoácidos especialmente diseñados con ese propósito.
Conseguir que nuestras células semisintéticas funcionen como fábricas de drogas proteicas más eficaces no es la única aplicación posible que resulta interesante, ya que son las proteínas las que permiten a las células actuar.
Si contamos con células que fabrican nuevas proteínas con nuevas funciones,
¿podemos conseguir que hagan cosas que las células naturales no pueden?
Por ejemplo,
¿podríamos desarrollar organismos semisintéticos que, al entrar al organismo humano, rastreen las células cancerígenas y solo al encontrarlas secreten una proteína tóxica que las elimine?
¿Podríamos crear bacterias que se alimenten de petróleo para limpiar, por ejemplo, un derrame de petróleo?
Estas son solo algunas de las historias que veremos si creamos organismos con un vocabulario ampliado.
Suena increíble,
¿no?
Poder inyectar organismos semisintéticos a las personas, derramar galones de nuestras bacterias en el océano o en su playa preferida?
Un momento, en realidad suena bastante aterrador.
Este dinosaurio es aterrador.
Pero esto es lo interesante: Para sobrevivir nuestros organismos semisintéticos necesitan alimentarse de precursores químicos de X e Y.
X e Y no se parecen a nada que exista en la naturaleza.
Las células sencillamente no las tienen, ni tienen la habilidad de crearlas.
Así que cuando las creamos en el entorno controlado del laboratorio podemos alimentarlas con comida no natural.
Luego, al insertarlas en un organismo o playa en donde ya no tengan de qué alimentarse, puede que crezcan un poco, que sobrevivan por un tiempo, quizá lo suficiente como para cumplir con su propósito, pero luego se quedan sin alimento.
Comienzan a sentir hambre.
Mueren de hambre y simplemente desaparecen.
No solo podemos conseguir que los organismos cuenten nuevas historias, podemos indicarles cuándo y dónde contar esas historias.
Al inicio de esta charla, les conté que en 2014 anunciamos la creación de organismos semisintéticos que contenían más información en su ADN: X e Y.
Pero para alcanzar todas estas metas mencionadas, necesitamos que las células usen X e Y para fabricar proteínas, así que comenzamos a trabajar en ello.
En unos pocos años, demostramos que las células son capaces de tomar el ADN con X e Y y copiarlo en su ARN, la copia del ADN.
Y a finales del año pasado, demostramos que eran capaces de usar X e Y para fabricar proteínas.
Aquí pueden verlos: protagonistas de la charla, los primeros organismos semisintéticos totalmente funcionales.
(Aplausos)
Estas células son verdes porque fabrican una proteína que brilla así.
Es una proteína muy conocida de las medusas que mucha gente usa en su forma natural porque es fácil notar que uno la hizo.
Pero en el interior de cada una de estas proteínas hay un aminoácido nuevo con el que los organismos vivos no pueden fabricar proteínas.
Toda célula viva que haya existido ha creado cada una de sus proteínas usando un alfabeto genético de cuatro letras.
Estas células viven, crecen y fabrican proteínas con un alfabeto de seis letras.
Se trata de una nueva forma de vida.
Es una forma de vida semisintética.
¿Qué planeamos para el futuro?
Mi laboratorio está trabajando para expandir el alfabeto genético de otras células, células humanas incluso, y nos estamos preparando para trabajar con organismos más complejos.
Imaginen gusanos semisintéticos.
Lo último que quiero contarles, lo más importante es que la era de los organismos semisintéticos está aquí.
Gracias.
(Aplausos)
Chris Anderson: Floyd, esto es impresionante.
Quería preguntarte
¿cuáles son las implicancias de tu trabajo con relación a las posibilidades de la vida en el universo?
Al parecer, muchas de nuestras conjeturas sobre la vida se basan en que claramente esta parte del ADN, pero
¿las posibilidades para las moléculas autorreplicantes son mayores que para el ADN, incluso ADN de seis letras?
Floyd Romesberg: Así es.
Y creo que nuestro trabajo ha demostrado, como mencioné antes, que siempre ha existido un prejuicio de que somos perfectos, óptimos, que Dios nos creó de esta forma, que la evolución nos ha perfeccionado.
Hemos creado moléculas que funcionan junto a las naturales, y pienso que esto indica que cualquier molécula que siga las leyes fundamentales de la química y la física, y pueda optimizarse, puede cumplir las mismas funciones que las moléculas de los seres vivos.
No hay nada mágico al respecto.
Y creo que sugiere que la vida podría haber evolucionado en muchas formas diferentes, quizá similar, pero con otro tipo de ADN, o quizá en seres sin ADN.
CA:
¿Qué tan probable crees que sea?
¿Sabemos acaso si los organismos van a lucir como una molécula de ADN, o como algo totalmente diferente que pueda todavía autorreplicarse y crear eventualmente organismos vivos?
FR: Pienso que si encontramos una nueva forma de vida, puede que ni siquiera la reconozcamos.
CA: Esta obsesión con la búsqueda de planetas potencialmente habitables que tengan agua y lo demás, quizá sea una aspiración muy limitada.
FR: Si quieres encontrar alguien con quien hablar, quizá no.
Pero si simplemente buscas cualquier forma de vida, creo que es acertado, creo que buscas vida bajo el poste de luz.
CA: Gracias por tu increíble charla.
(Aplausos)
https://www.ted.com/talks/floyd_e_romesberg_the_radical_possibilities_of_man_made_dna/