Imagínese un futuro en el que las medusas sintéticas recorran los cursos de agua en busca de toxinas que destruir, en el que los plásticos y los combustibles ecológicos se obtengan de cubas de levadura, en el que los virus se programen para matar el cáncer y los aparatos electrónicos se reparen a sí mismos como organismos vivos.
Biología sintética
Bienvenidos al mundo de la biología sintética, o «synbio», donde las posibilidades sólo están limitadas por la imaginación. Quienes la practican no ven la vida como un misterio, sino como una máquina que puede diseñarse para resolver una serie de problemas urgentes de salud, energía y medio ambiente.
Es un enfoque «plug and play». Los investigadores ávidos pueden pedir secuencias de ADN en línea de la misma manera que los entusiastas de la electrónica compran piezas en eBay. Los componentes funcionales figuran en inventarios de piezas biológicas estandarizadas. La cultura es altamente colaborativa, con biólogos sintéticos que comparten datos y herramientas con el mismo espíritu que impulsa los movimientos de código abierto, copyleft y maker.
El líder de este campo es el audaz Craig Venter. En 2010 su equipo creó la primera forma de vida sintética del mundo: una réplica de la bacteria del ganado Mycoplasma mycoides. Bautizada como «JCVI-syn 1.0», su código de ADN se escribió en un ordenador, se ensambló en un tubo de ensayo y se insertó en el caparazón hueco de otra bacteria. Sus creadores incrustaron sus nombres en marcas de agua en el ADN, junto con dos citas. Del escritor James Joyce: «Vivir, errar, caer, triunfar, recrear la vida a partir de la vida».
Del pionero físico cuántico Richard Feynman: «Lo que no puedo crear, no lo entiendo».
Para Venter, ésta fue una de las muchas primicias. Tiene el crédito conjunto de la primera secuenciación del código de ADN de tres mil millones de letras del genoma humano en 2001; en 2007 se convirtió en el primer humano en tener su genoma individual secuenciado.
En 2016 anunció la respuesta al significado de la vida. Son 473, al menos para M. mycoides. Ese es el número mínimo de genes que la bacteria necesita para sobrevivir. El equipo de Venter lo descubrió al desmontar JCVI-syn 1.0 para crear JCVI-syn 3.0. La forma de vida más delgada tiene aproximadamente la mitad de genes que su precursora.
Venter no sólo estaba motivado por la curiosidad intelectual. Una forma de vida reducida podría servir como chasis para construir algo útil para la humanidad. Si se le añade el puñado de genes adecuado, se podría tener una fábrica de microbios ecológicos para producir medicamentos, biocombustibles o carne artificial.
Estas ambiciones podrían parecer condenadas en un mundo en el que la gente está aterrorizada por organismos mucho más modestos, como los cultivos transgénicos. Pero los biólogos sintéticos son muy optimistas. Se esfuerzan por ganarse a la sociedad con su visión de crear un mundo más inteligente, más verde y más sostenible.
«Para mí, se trata de la idea de la sostenibilidad», afirma Claudia Vickers, que dirige un laboratorio de biología sintética en la Universidad de Queensland y dirige la Plataforma Científica del Futuro de la Biología Sintética, dotada con 30 millones de dólares, de la CSIRO. Ian Paulsen, cuyo laboratorio en la Universidad Macquarie de Sidney forma parte de un proyecto mundial para crear levaduras sintéticas, coincide: «Se podría afirmar que la comunidad de la biología sintética es la comunidad científica más comprometida éticamente que jamás haya existido».
La biología sintética recibe menos atención que la ingeniería genética, pero sus practicantes utilizan muchas de las mismas técnicas. Hay ejemplos de larga data, como el arroz dorado diseñado para producir vitamina A, que podría llevar cualquiera de las dos etiquetas.
Históricamente, los ingenieros genéticos han jugado con los organismos. Los biólogos sintéticos tienen una mentalidad mucho más audaz. Como dijo el genetista polaco Wacław Szybalski en una conferencia en 1973: «Hasta ahora estamos trabajando en la fase descriptiva de la biología molecular… Pero el verdadero reto empezará cuando entremos en la fase sintética… Entonces idearemos nuevos elementos de control y añadiremos estos nuevos módulos a los genomas existentes o construiremos genomas totalmente nuevos».
Por último, predijo Szybalski, el trabajo pasará a construir «otros organismos».
Los biólogos sintéticos, bromea Vickers, «son en gran medida biólogos disfrazados de ingenieros o viceversa». Aunque trabajan con la biología – genomas (códigos de ADN), transcriptomas (partes del ADN que se cargan) y proteomas (qué proteínas se fabrican) – les gusta traducir ese trabajo a conceptos y lenguaje de ingeniería.
En el lenguaje de la genética, por ejemplo, los tramos reguladores del ADN se denominan «promotores»; a su vez, están regulados por moléculas «represoras» o «inductoras». En el lenguaje de la simbiosis, los promotores se llaman «interruptores» y las moléculas que los regulan, «actuadores». Los circuitos de trabajo de interruptores y actuadores son «puertas lógicas».
¿Diseñar un organismo a medida es tan sencillo como juntar algunos componentes de un circuito? No, dice Vickers, la vida es mucho más complicada. «Nos gustaría poder tratar la biología como si fuera un circuito eléctrico, pero la complejidad biológica es confusa la mayor parte del tiempo».
Los biólogos sintéticos desarrollan sus proyectos mediante ciclos de ingeniería estándar de «diseño, construcción, prueba». La fase de diseño implica
Artemisinina
El mayor éxito de la biología sintética es la síntesis de la artemisina, el ingrediente clave de los mejores medicamentos contra la malaria. Su producción a gran escala fue posible gracias a Jay Keasling y sus colegas de la Universidad de California en Berkeley, que descubrieron cómo fabricarla utilizando la humilde levadura.
La artemisinina fue aislada por primera vez de la planta del ajenjo dulce, Artemisia annua, a principios de la década de 1970 por la química china Youyou Tu, un descubrimiento que le haría ganar una parte del Premio Nobel de Medicina de 2015.
Cuando aisló por primera vez la artemisinina, Tu formaba parte de un proyecto secreto del gobierno para ayudar a los aliados de China en Vietnam del Norte, que no solo luchaban contra enemigos humanos, sino contra cepas de malaria resistentes a la cloroquina, el medicamento contra la malaria más utilizado. Buscando alternativas en la medicina tradicional china, Tu encontró su avance en el Manual de Recetas para Tratamientos de Emergencia, escrito hace unos 1700 años por el médico Ge Hong.
Las prohibiciones de la Revolución Cultural impidieron que Tu publicara su trabajo hasta 1981, cuando éste supuso una inyección en la lucha contra la malaria resistente a la cloroquina en Asia y África. A principios de la década de 2000, la Organización Mundial de la Salud recomendaba los medicamentos basados en la artemisinina como tratamiento de primera línea. Sin embargo, su suministro era limitado y errático debido a los caprichos del cultivo del ajenjo dulce. En 2001, Keasling y sus colegas se propusieron encontrar una forma más barata y fiable de producirla.
La planta de ajenjo dulce produce artemisinina a partir de una molécula precursora llamada pirofosfato de farnesilo (FPP). Las células de la levadura también fabrican FPP, que utilizan como material de partida para el ergosterol, un componente de las paredes celulares de la levadura.
El equipo de Keasling aumentó los controles de los genes de la levadura que producen FPP y redujo los genes que convierten el FPP en ergosterol. A continuación, tomaron un gen del ajenjo dulce que convierte el FPP en ácido artemisínico y lo insertaron en el genoma de la levadura. En el laboratorio fue un pequeño paso para convertir el ácido artemisínico en artemisinina.
Keasling y sus colaboradores crearon una empresa llamada Amyris para comercializar la artemisinina sintética. En 2008 cedió la tecnología al gigante farmacéutico francés Sanofi.
Biocombustibles
La artemisinina fabricada con levadura cautivó los corazones y las mentes al demostrar que la biología sintética podía hacer asequible un medicamento contra la malaria que salva vidas. Para su siguiente acto, Amyris quería convertir la levadura en algo igualmente convincente y el biocombustible era la respuesta. Los científicos de Amyris diseñaron una vía sintética que convertía el FPP en el hidrocarburo farneseno, el único biocombustible lo suficientemente denso en energía como para ser aprobado para su uso en el combustible de aviación. Además de ser un sustituto de los combustibles fósiles, el farneseno tiene la ventaja medioambiental de no emitir partículas ni azufre. Cuando se quema, huele a manzanas verdes.
Medusas centinelas
Lo creas o no, Nina Pollak, de la Universidad de Sunshine Coast, en Queensland, está sintetizando medusas para limpiar vertidos tóxicos.
En 2012, esta científica de origen austriaco se inspiró en un audaz estudio publicado por Kevin Kit Parker, del Instituto Wyss de Ingeniería Inspirada en la Biología de Harvard. El grupo de Parker había transformado células de músculo cardíaco de rata en una criatura nadadora apodada «medusoide» (medusa es el nombre científico de la forma típica de una medusa).
Partiendo de un diseño por ordenador, los investigadores colocaron células de músculo cardíaco de rata en un andamio de polímero de silicona con forma de flor de ocho pétalos. La creación podía hacerse nadar con pulsos de electricidad: el flujo de corriente hacía que el músculo se contrajera; cuando la corriente se detenía, se relajaba y la silicona elástica del medusoide lo devolvía a su forma original. El movimiento era similar al que utilizan las medusas para impulsarse.
