Científicos afirman haber construido por primera vez una célula desde cero

Por Katie Hunt, CNN

Científicos aseguran haber construido por primera vez una célula desde cero capaz de alimentarse, crecer y replicarse como una célula natural. Este avance en biología sintética podría abrir la puerta a una era de organismos diseñados a medida que funcionen como máquinas vivientes.

Kate Adamala, bióloga sintética y profesora de la Universidad de Minnesota, y su equipo construyeron la célula pieza por pieza a partir de componentes químicos no vivos. La creación es un prototipo limitado y frágil, pero podría ayudar a los científicos a comprender mejor el origen de la vida y, potencialmente, programarse para contribuir a mitigar algunos de los mayores desafíos biológicos del mundo. La célula no pertenece a un tipo específico —no es vegetal ni animal—, aunque se asemeja más a una bacteria simple.

“Sé la lista completa de ingredientes de la célula. Sé exactamente qué sustancias químicas y qué moléculas contiene, así como sus concentraciones”, dijo Adamala. “Está completamente definida, lo que significa que podemos diseñarla”.

Desde hace décadas, los científicos modifican mediante bioingeniería células naturales para resolver problemas humanos. Un ejemplo conocido es la inserción de genes de la insulina humana en células de la bacteria E. coli para producir insulina y tratar la diabetes. Los investigadores sostienen que las células sintéticas representan la próxima frontera de este campo, ya que podrían conducir al desarrollo de nuevos tratamientos contra el cáncer y de formas innovadoras de capturar carbono o fabricar sustancias químicas.

Las células son los componentes fundamentales de la vida, pero están lejos de ser simples. El cuerpo humano contiene unos 37 billones de células, una cifra superior al número de estrellas en el cielo, y los científicos todavía no saben con exactitud cómo funciona cada tipo de célula ni qué contiene cada una de ellas.

La célula sintética que Adamala y sus colegas construyeron no representa “vida creada en el laboratorio”, sino “un verdadero hito en el camino hacia esa cuestión”, afirmó Yuval Elani, profesor asociado de Tecnologías Bioquímicas en el Imperial College London, quien no participó en la investigación.

“Construir una célula desde cero significa que ya no se está sujeto a las limitaciones ni a la carga evolutiva de la biología natural. Abre la posibilidad de diseñar sistemas y programarlos para que hagan cosas que las células vivas quizá no puedan hacer con facilidad o que simplemente no puedan hacer”, señaló Elani.

“A mi juicio, este es un verdadero avance en la labor de larga data por responder si la química puede organizarse de una manera tan convincente que empecemos a llamarla vida”.

El campo de la biología sintética es distinto al de la investigación con células madre, en la que los científicos reprograman y manipulan células existentes obtenidas a partir de recursos biológicos.

Adamala llamó a su creación “SpudCell”, en parte como una broma, porque no quería que llevara su nombre. También es un juego de palabras con Sputnik, el satélite soviético que dio inicio a la era espacial en la década de 1950.

“Esperamos que realmente estemos iniciando la verdadera era de la bioeconomía, con una tecnología que permita a las personas diseñar la biología”, afirmó.

Este miércoles, Adamala y sus colegas hicieron público el artículo científico en el que detallan cómo funciona SpudCell, aunque la investigación aún no ha sido publicada en una revista científica revisada por pares. Adamala dijo que será enviada para su publicación esta semana. Junto con otros dos científicos, Drew Endy y Jan Jedryszek, y el empresario del sector biotecnológico Chris Raggio, Adamala fundó una institución de beneficio público llamada Biotic, que espera ampliar las capacidades de la célula sintética al ponerla a disposición de otros investigadores.

Compuesta por entre 150 y 200 moléculas, SpudCell puede alimentarse, crecer y replicarse durante aproximadamente cinco generaciones, según Adamala. Aun así, es mucho menos compleja que una célula biológica, que contiene millones, si no miles de millones, de moléculas.

Adamala describió a SpudCell como “un organismo increíblemente débil que, por ahora, básicamente no hace nada más que alimentarse y, de vez en cuando, producir una célula hija”. Cada generación necesita ser alimentada y tarda aproximadamente 12 horas en replicarse a una temperatura de 30 grados Celsius. En comparación, una bacteria E. coli se divide cada 30 minutos.

El genoma de la célula sintética también es mucho más pequeño que el de una célula natural, con 90.000 pares de bases. (El genoma de E. coli tiene 4,6 millones de pares de bases). Aunque puede replicarse como una célula natural, la célula sintética utiliza un mecanismo diferente. Una célula natural emplea un citoesqueleto, una estructura de soporte de la que SpudCell carece. En cambio, la célula sintética produce proteínas que se acumulan en la membrana y fuerzan su división.

SpudCell tampoco puede fabricar sus propios ribosomas, componentes esenciales de una célula natural encargados de producir proteínas. En su lugar, utiliza ribosomas de E. coli que se le suministran durante la alimentación.

“Esto es apenas el comienzo”, afirmó Adamala. “Es una plataforma sobre la que esperamos seguir construyendo, y eso es importante porque ahora realmente tenemos una idea razonable de cómo avanzar a partir de ella”.

Elani dijo que la célula sintética no imita exactamente a una célula natural, aunque eso no necesariamente representa una desventaja.

“Algunos de estos comportamientos similares a los de la vida se logran mediante mecanismos muy distintos de los que utiliza la biología”, explicó por correo electrónico. “Esto es importante porque la biología sintética no siempre consiste en imitar. A veces permite hacer las cosas de otra manera y tomar atajos”.

Otros científicos que no participaron en la investigación describieron el trabajo como un avance prometedor. SpudCell se encuentra en un punto intermedio entre “un conjunto de sustancias químicas y una célula que evolucionó de forma natural”, afirmó Elizabeth Strychalski, líder de grupo en el Grupo Nacional de Ingeniería Celular del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de Estados Unidos. La investigadora calificó el estudio como “importante e impresionante” y dijo que será “sumamente útil”.

Tom Ellis, profesor de Ingeniería de Genomas Sintéticos en el Imperial College London, describió la célula como “probablemente el mayor avance reciente en el campo de las células sintéticas”.

“Crear una célula sintética nos ayuda a comprender cuáles son los requisitos mínimos para la vida y cómo esta pudo surgir a partir de la química. Es una cuestión fascinante de entender”, dijo Ellis por correo electrónico.

Chenli Liu, profesor distinguido en los Institutos de Tecnología Avanzada de Shenzhen y director fundador del Laboratorio Estatal Clave de Biología Sintética Cuantitativa de China, señaló que la investigación sobre células sintéticas es un campo apasionante y en rápida evolución, pero advirtió que no era posible hacer una evaluación significativa del trabajo antes de que fuera publicado en una revista científica revisada por pares.

Uno de los principales logros del trabajo, según los investigadores, fue demostrar que las células sintéticas están sujetas a las fuerzas de la selección, el proceso mediante el cual ciertos rasgos se vuelven más o menos comunes. Cuando introdujeron un cambio genético que aumentaba la producción de una proteína relacionada con el crecimiento, las células que lo portaban crecían y se dividían más rápido. Sin embargo, debido a que ese cambio fue introducido deliberadamente en el sistema y no surgió como una mutación genética espontánea, no puede decirse que SpudCell “evolucione”.

Tampoco puede considerarse realmente una forma de vida, afirmó Drew Endy, profesor asociado de Bioingeniería en la Universidad de Stanford. Endy no participó en la investigación de Adamala, aunque es cofundador de Biotic.

“Todavía no entendemos por completo qué es la vida, ni mucho menos. Tampoco tenemos una capacidad absoluta para manipular la materia y crear cualquier cosa. Diría que Kate construyó una célula. No creo que haya creado vida”, afirmó Endy. Como ejemplo, señaló que, aunque los físicos todavía no comprenden por completo los misterios de la gravedad, los ingenieros pueden construir puentes.

En su forma actual, añadió, SpudCell no representa riesgos para la bioseguridad y, por ejemplo, no podría utilizarse para fabricar un arma biológica.

“Solo puede dividirse si se le suministra todo lo que necesita, incluidos los ribosomas. No tiene ninguna capacidad de reproducirse por sí sola fuera de ese contexto”, explicó.

“Sin embargo, ¿promete un futuro en el que más personas puedan construir células? Sí. ¿Existen posibles preocupaciones en materia de seguridad y protección? Sí. ¿Debemos gestionarlas adecuadamente? Sí”, agregó.

Adamala y Endy señalaron que, debido a que SpudCell puede construirse desde cero, será posible incorporar medidas de seguridad y mecanismos de protección en su genoma para evitar que represente riesgos si fuera liberada en el medio ambiente. Además, añadieron que existen formas mucho más sencillas para que actores maliciosos creen un organismo patógeno.

Los científicos también han advertido sobre la posible creación de bacterias espejo, organismos sintéticos cuya estructura molecular sería la imagen invertida de la que existe en la naturaleza. En una célula espejo, las moléculas naturales serían reemplazadas por versiones invertidas, lo que podría exponer a los seres humanos, los animales y las plantas a patógenos peligrosos.

A través de Biotic, que otorgará licencias sobre la tecnología principal, Endy y Adamala esperan que SpudCell se convierta en un estándar compartido a nivel mundial para la biología de células sintéticas y funcione como una plataforma de código abierto, similar al sistema operativo Linux.

Laurie Zoloth, profesora de Religión y Ética en la Universidad de Chicago, afirmó que la creación de Biotic podría ayudar a abordar algunas de las cuestiones éticas que surgen cuando se introduce una nueva tecnología: ¿a quién beneficia?, ¿quién decide cómo se utiliza? y ¿quién establece los límites y las salvaguardas?

“Tendremos que ver cómo perdura en esta primera etapa, tan idealista”, afirmó Zoloth. “Espero que lo logre”.

Ellis señaló que un marco estandarizado, compartido y de código abierto ayudaría a los científicos a desarrollar con mayor rapidez el trabajo de otros investigadores.

“Sin embargo, no estoy seguro de que el trabajo presentado en este artículo sea algo detrás de lo que todos los demás investigadores del mundo quieran alinearse”, afirmó.

“Una célula sintética es un objetivo común para muchos equipos de investigación en todo el mundo, pero la forma en que intentan alcanzarlo y la manera en que definen el éxito son muy diferentes”.

Adamala explicó que el objetivo es mantener abierta la tecnología central de SpudCell para cualquier persona interesada en trabajar con ella. Agregó que las instituciones académicas y las organizaciones sin fines de lucro podrán utilizarla de forma gratuita, mientras que los usos comerciales requerirán el pago de licencias.

“En este momento, SpudCell no puede producir nada útil; todavía no es lo suficientemente eficiente”, indicó. “Lo que me entusiasma es que estamos reuniendo a la comunidad internacional para acelerar su desarrollo hasta convertirla en una herramienta verdaderamente útil”.

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