La biología sintética apunta al diseño de sistemas biológicos capaces de realizar tareas nuevas en el campo de la biotecnología. Investigadores argentinos se preparan para participar en el próximo “Campeonato Internacional de Máquinas de Ingeniería Genética” (iGEM, según sus siglas en inglés). En él, equipos de estudiantes universitarios de todo el mundo reciben la misma caja de componentes biológicos estándar -Biobricks, o “ladrillos” biológicos–, con los que deben construir un sistema biológico novedoso.
(08/04/11 – Agencia CyTA – Instituto Leloir)-. A mediados del siglo XIX los químicos lograron un avance científico único. En vez de analizar diversas moléculas presentes en la naturaleza, adquirieron la capacidad de sintetizarlas en el laboratorio. Hoy en día con la biología es posible avanzar hacia la síntesis de nuevas y simples formas de vida. La especialidad, que se llama biología sintética -una interfaz entre la biología de sistemas, la ingeniería, la computación y la biología molecular clásica- puede hacer grandes contribuciones a la medicina y a la industria, entre otras áreas.
Es tal el interés que despierta está disciplina científica que gobiernos de países desarrollados y de compañías de biotecnología están invirtiendo importantes sumas de dinero en capacitación y desarrollo de investigaciones.
“Generaciones de científicos han intentado comprender con exactitud cómo funcionan las células y los organismos. Y han tenido bastante éxito”, indicó a la Agencia CyTA el doctor Raik Grüenberg, especialista en biología sintética -del Centro de Regulación Genómica de Barcelona- quien se encuentra en la Argentina para dictar un curso. Y agrega: “Hemos acumulado un conocimiento detallado de varios genes, proteínas y otras moléculas que generan vida. Fueron necesarios 20 años y cientos de científicos para decodificar la primera secuencia del genoma humano. Con el avance de la ciencia y la tecnología, hoy en día un científico puede hacer eso en cuestión de horas.”
Grüenberg considera que es difícil no perderse en la abundancia de detalles. “Mientras más aprendemos, más nos damos cuenta de la complejidad de la biología. ¿Podemos decir que realmente entendemos lo que sucede? Los niños conocen las respuestas en forma intuitiva. Ellos adoran construir cosas, ciudades de juguetes, naves espaciales con LEGO. Realmente entendemos algo, cuando podemos construirlo desde cero.”
A partir de esta metáfora, se puede entender lo que hacen los biólogos sintéticos. Ellos toman piezas y trozos de diferentes células como genes, enzimas y otros elementos que funcionan como “ladrillos de construcción”, y diseñan sistemas novedosos.
El año pasado revistas científicas especializadas y medios de comunicación de todo el mundo difundieron un avance científico que llamó la atención de investigadores y del público en general. Especialistas del Instituto J. Craig Venter de Estados Unidos sintetizaron químicamente el genoma completo de una bacteria y mostraron que era funcional. “No llamaría a esto vida sintética”, subraya Grüenberg. Y continua: “Ellos más que nada hicieron una copia de algo natural. De todas formas este trabajo es un hito. Ese hecho pone de relieve la necesidad de seguir investigando. Ahora podemos escribir genomas ‘sintéticos’, pero para ser justos, aún somos completamente incapaces de diseñar genomas en esta escala.”
Para Grüenberg, uno de los grandes lucimientos de la biología sintética fue obra de un equipo de especialistas en ingeniería metabólica de la Universidad de Berkeley (Estados Unidos). “El equipo de Jay Keasling se las ingenió para implementar la síntesis de una importante droga contra la malaria –Artemisinina– dentro de simples células de levadura. Extraer esas drogas de las plantas era un proceso caro. Ahora la droga puede ser sintetizada en forma más económica en fermentadores”, explica Grüenberg y afirmó que con la biología sintética será posible transferir la producción de importantes compuestos químicos y materiales desde las fábricas químicas contaminantes a bacterias o plantas.
“Otra excitante posibilidad sería el diseño inteligente de drogas: pequeños circuitos moleculares que ingresen a células enfermas de un organismo y las reparen dependiendo de cuál sea el daño. Basta con mirar las increíbles cosas que hacen los organismos vivos y luego imaginar lo que podríamos diseñar a este nivel,”, subraya Grüenberg.
Futuras actividades en la Argentina
El doctor Grüenberg dictará un curso introductorio a la biología sintética entre el 26 y el 29 de abril, en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires. Los doctores Alejandro Nadra e Ignacio Sánchez, co-organizadores del curso e investigadores del Departamento de Química Biológica, señalan que dicho curso es sólo un comienzo. “Forma parte de una serie de actividades con las que queremos promover la biología sintética en la Argentina” señala Sánchez “Recientemente nos visitó Meagan Lizarazo, subdirectora de iGEM, una competencia apasionante en la que planeamos participar en 2012 con un equipo de estudiantes de grado (ver recuadro).”
Raik añade que a principios del año próximo tendrá lugar un nuevo curso “para el que contamos como docentes con algunos de los mejores biólogos sintéticos del mundo y al que acudirán estudiantes de otros lugares de América latina”. Nadra explica que no se trata solamente de un esfuerzo académico, ya que “la biología sintética va a realizar grandes aportes a la biotecnología en los próximos años”. Y subraya: “Sería muy positivo si en Argentina se formasen científicos capaces de volcar estos conceptos y herramientas en diseños útiles para nuestra industria”.
El curso introducirá a los estudiantes los métodos, las estrategias y los desafíos más importantes de la biología sintética. Otro objetivo será el de despertar interés en las posibles aplicaciones y aspectos sociales de la biología sintética. Los proyectos de biología sintética se acompañarán de discusiones de alcance sobre las implicaciones éticas y sociales de las tecnologías que podrían derivarse. Los nuevos “bio-hackers de galpón” hacen surgir miedos a los riesgos incontrolados; por otro lado, el activismo “Open source” confronta el paradigma occidental de la propiedad intelectual y el fanatismo por patentar todo.
“En la actualidad los científicos estamos muy lejos de producir formas sintéticas de vida artificial”, destacó Grüenberg. Y prosiguió: “Lo que es cierto es que estamos comprendiendo y modificando mejor los existentes organismos modelo con los que los humanos hemos estado trabajando durante siglos (levaduras y Escherichia coli, entre otros)”.
Respecto de los riesgos asociados a este campo científico, Grüenberg afirma que los biólogos sintéticos están buscando tener un estrecho contacto con los científicos sociales y los expertos en bioética, seguridad y regulación para que la investigación de este campo se realice en un marco definido por determinados principios.
“La biología sintética en sí no es peligrosa. Todas las tecnologías tienen riesgos. Los organismos biológicos han llegado a un alto nivel de optimización a lo largo de miles de millones de años de evolución. Nada de lo que construyamos podrá competir contra esos sistemas naturales. A menos, que claro comencemos a trabajar con ladrillos de construcción que sean peligrosos desde el comienzo –virus humanos, toxinas y patógenos- En esta dirección, compañías que realizan síntesis de genes disponen de ‘listas negras’ de secuencias que son potencialmente peligrosas. Esto constituye una importante barrera. Es muy importante que exista una cultura de alta seguridad y estándares éticas dentro de la comunidad científica, señala”
Pero surge una pregunta. “¿Quien controlará esta nueva tecnología? ¿Estará guardada bajo llave detrás de patentes que solo grandes compañías occidentales pueden manejar? Esto es especialmente relevante para países en desarrollo como la Argentina, que tienen el conocimiento y la infraestructura para participar en este campo pero que no tendrían los fondos y un portafolio de patentes para negociar con las grandes industrias. La mayoría de la comunidad joven de biólogos sintéticos está a favor de modelos inspirados en ‘open source’ o acceso libre dentro de la comunidad científica. Pero esta filosofía choca contra la obsesión de la ‘propiedad intelectual’ de la política y los modelos modernos de negocio. Tendremos que hacer muchos esfuerzos para que los beneficios de nuestro trabajo sean destinados a la mayoría, y no a unos pocos”, concluyó Grüenberg.
Recuadro Campeonato internacional de biología sintética
Desde el año 2004, se organiza el “Campeonato Internacional de Máquinas de Ingeniería Genética” (iGEM, según sus siglas en inglés). Todos los equipos de estudiantes universitarios que compiten en iGEM reciben la misma caja de componentes biológicos estándar (Biobricks, o “ladrillos” biológicos), con los que deben construir un sistema biológico novedoso. “Esta competencia es realmente el evento más importante y excitante de la biología sintética”, afirma Raik Grüenberg. En años anteriores, los equipos iGEM crearon bacterias con olores y colores a la carta, métodos de producción de compuestos químicos que usan al ADN como esqueleto de la cadena de montaje, sistemas de detección de metales pesados y bacterias capaces de sustituir a la sangre en una emergencia médica.
“Nos gustaría que los estudiantes de la Argentina vivan la experiencia de organizar un equipo, buscar financiación y realizar proyectos imaginativos con los BioBricks”, afirma Meagan Lizarazo, subdirectora de la organización, quien visitó recientemente la Argentina dentro de una gira para promocionar la participación de equipos de América Latina en iGEM. Y agrega: “En el 2011 por primera vez vamos a tener regiones de iGEM y los equipos van a participar en el semifinales de su propia región (las Américas, Europa, y Asia. Un porcentaje de equipos de cada región avanzará al final en Boston.”
Por su parte, Nadra, del Departamento de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de laUBA, agrega que “sería una posibilidad de competir de igual a igual con estudiantes de las mejores universidades del mundo”
Lizarazo resalta que iGEM creció de cinco equipos en 2004 a 130 en 2010, con más de 1900 participantes. “En 2011 participan equipos de México, Panamá y Brasil. Nos encantaría contar con equipos de Argentina en 2012.”. El doctor Raik Grünberg estaría dispuesto a actuar como consejero del equipo “Es el mejor modo de despertar el interés por este campo científico y de promover la Biología Sintética”, dice convencido.
Quienes deseen saber más sobre esta competencia, pueden hacer consultas en el siguiente e-mail: igemargentina@gmail.com
Representación de una molécula de ADN (portadora de la información genética), construida mediante Legos. Metáfora de la habilidad de los científicos para modificar y re-ordenar la información genética de un organismo, combinando los módulos de información a su criterio.
Créditos: Dr. Jon Heras
Cultivo de bacterias “diseñadas” para ser fotosensibles. Al igual que una película fotográfica, la región del cultivo iluminada cambia de color. En este caso, se iluminó la región con las palabras Hello World (Hola Mundo) dejando a oscuras el fondo . El trabajo fue realizado por un equipo de estudiantes -de la universidad de Texas en Austin/UCSF- presentado iGEM en 2004.
Créditos: Jeff Tabor y Randy Rettberg