¿Hemos creado vida artificial? (y 2)

Una de las virtudes del trabajo de Venter y su grupo ha sido traer a la actualidad el interés por aspectos de la Biología especulativa que habitualmente solo preocupan a unos cuantos forofos, tanto profesionales de la Biología como aficionados a la ciencia ficción. ¿Se puede decir que Venter ha sintetizado vida artificial? Bueno, para eso tendríamos que tener claro a qué nos referimos con "vida artificial". Y eso necesitaría, también, saber qué significa "vida".

En realidad, no existe una definición "formal" del concepto vida. Todo lo más se ha establecido una descripción parsimoniosa de los seres vivos basada en sus características fundamentales, y que es una versión sofisticada de esa que todos aprendemos de niños (los seres vivos nacen, crecen, se reproducen y mueren). El concepto actual de vida se aproxima, más bien, a lo siguiente:

La vida es una propiedad emergente de un cierto tipo de sistemas complejos caracterizados por:

• Su composición: todos los seres vivos estamos constituidos por el mismo conjunto de elementos. Además, no es una selección casual: las propiedades de estos elementos son las idóneas para mantener un entorno químico en el que coexisten moléculas estables, cuyos átomos están unidos entre sí mediante enlaces covalentes, con grupos reactivos y con fuerzas intermoleculares intensas y débiles.
• Su estructura: todos los seres vivos somos sistemas modulares constituídos por una o varias unidades básicas, las células. Además, la mayor parte de los organismos vivos somos sistemas enormemente recursivos, de modo que presentamos grados de organización jerarquizados que contribuyen a establecer mecanismos homeostáticos.
• Sus funciones: nutrición (intercambio de materia y energía entre los organismos y su entorno), relación (intercambio y utilización de la información, tanto interna como externa) y reproducción (formación de nuevos organismos, casi idénticos a los originales).

La conjunción de esas características da lugar a un tipo particular de sistemas,  que son a la vez capaces de mantener sus propiedades internas más o menos constantes a pesar de los cambios del entorno o de cambiarlas en respuesta a modificaciones. Es decir, los seres vivos somos sistemas homeostáticos y evolutivos.

¿Y qué hay de la vida artificial? En mi opinión, podríamos hablar de vida artificial si consiguiéramos alterar las características particulares de los organismos (composición, estructura, función) pero manteniendo las propiedades genéricas: homeostasis y evolución. Podríamos ir punto por punto, analizando las posibles modificaciones que nos indicarían que hablamos, realmente, de organismos sintéticos

Cambios en la función

En realidad éste es un paso que ya se ha iniciado: la transformación genética ha permitido introducir genes de unos organismos en otros , en particular en microorganismos y plantas, que les permiten desarrollar nuevas funciones. Este es, sin duda, el primer paso hacia el diseño inteligente de organismos, y se dio hace ya bastante tiempo. Sin embargo, al menos por el momento, estos genes extraños no proporcionan a los organismos modificados ventajas adaptativas (menos mal). Lo único que hemos hecho hasta ahora ha sido manipular a los organismos para que nosotros podamos obtener un mayor rendimiento de su utilización.

Cabe avanzar mucho más por este camino. Por ejemplo, entrando en los caminos de la especulación, por no hablar de ciencia ficción, líneas futuras de investigación en este ámbito podrían ser:

• Introducción en un organismo de rutas metabólicas completas, incluyendo sus mecanismos de regulación. Esto permitiría modificar el metabolismo de esos individuos, haciendo posible que utilizaran metabolitos que ahora quedan fuera de su alcance. De esta forma conseguiríamos que ciertos organismos utilizaran nuestros residuos como fuente de energía, o que burlaran la limitación al crecimiento que supone la presencia en el medio de cantidades reducidas de algunos elementos, como el nitrógeno. En teoría este es un paso relativamente sencillo, ya que somos capaces de introducir en un organismo un considerable número de genes simultáneamente.
• Diseño inteligente de genes: consistiría en el diseño integral de las proteínas, modelizando su estructura tridimensional para, a partir de ella, deducir su estructura primaria. El paso a secuencia de nucleótidos desde este paso es extremadamente sencillo, y la síntesis del gen completo es factible.
• Creación de rutas metabólicas "ex novo". En este caso se iría más allá, determinando la cadena de reacciones químicas y su regulación metabólica para aprovechar como metabolitos sustancias que ahora no pueden ser utilizadas por ningún organismo. Una gran oportunidad para la biodegradación de compuestos sintéticos o para la síntesis de nuevos compuestos.

Cambios en la estructura

Podríamos imaginar células animales con cloroplastos plenamente funcionales, capaces de desarrollar la fotosíntesis... O células vegetales con paredes celulares no celulósicas, aprovechables por nosotros, lo que permitiría incrementar el rendimiento energético de las plantas. Los cambios estructurales en los organismos podrían incluir la transferencia de orgánulos, modificaciones en las propiedades de los orgánulos que ya existen (cambios en su permeabilidad, por ejemplo para que las mitocondrias pudieran utilizar sustratos diferentes), o incluso el diseño de orgánulos específicamente diseñados para realizar ciertas funciones... Esto ya empieza a sonar mucho más a ficción científica que a proyectos de investigación, pero de eso se trataba.

Cambios en la composición

Terminemos de imaginar. Los organismos que conocemos utilizan, como es sabido, un pequeño grupo de elementos químicos. ¿Podríamos crear vida basada en el Silicio, y no en el Carbono? ¿Organismos capaces de sobrevivir en entornos no acuosos? ¿Diseñar sistemas químicos ad hoc para evolucionar en ambientes químicos inhóspitos, generando como residuos de su metabolismo compuestos que "abonaran" ese ambiente para que nosotros pudiéramos utilizarlo?

¿Hemos creado vida artificial?

Desde luego, lo ha vuelto a hacer. Venter, que ya consiguió la atención de todos los medios de comunicación (y una buena publicidad para su empresa) cuando informó de que se había secuenciado el genoma humano completo, ha vuelto a llamar la atención de todo el mundo, tanto científico como no científico anunciando lo que los medios han definido como "vida artificial" o, en un abuso de la literatura de baratillo, como "célula Frankenstein". Ha sido tal el revuelo generado que hasta la Iglesia Católica se ha apresurado a reclamar el copyright del engendro para el mismísimo Dios (pero si el autor ha sido Venter...). En fin, mucho ruido. ¿Qué hay de las nueces?


Sería interesante tratar de explicar varias cosas para comprender la importancia del trabajo, y luego sería hasta posible fantasear acerca de la idea de la vida artificial.


¿En qué consiste, realmente, el trabajo?

Uno de los principales avances del proyecto genoma humano, aunque sea valorado casi exclusivamente por los biólogos moleculares, ha sido el desarrollo de técnicas que simplifican considerablemente la secuenciación de moléculas de ADN de gran tamaño, lo que ha permitido conocer el genoma completo de varias especies muy diferentes entre sí. Evidentemente, el más llamativo es el genoma humano, tanto desde el punto de vista teórico como aplicado: es de esperar que el conocimiento de nuestro genoma nos permita, andando el tiempo, curar o incluso prevenir enfermedades genéticas. Sin embargo, desde un punto de vista más básico, el conocimiento del genoma de otros organismos puede tener la misma importancia, o incluso más. Ese es, por ejemplo, el caso de los Micoplasmas. Se trata de un grupo de bacterias carentes de pared celular y particularmente simples, con un genoma de entre 500.000 y 1.000.000 de bases, lo que es muy poco para un organismo "completo". Se ha secuenciado totalmente el genoma de varias especies de este grupo y, lo que es más importante, se ha podido identificar el conjunto de genes "imprescindibles" para que estas bacterias sobrevivan.

Venter y su grupo han trabajado en este caso con varias especies de este grupo de bacterias cuyo genoma completo se conoce. Lo que han hecho exactamente ha sido sintetizar artificialmente unos 600 fragmentos de aproximadamente 1000 pares de bases que cubren la secuencia génica que se considera imprescindible para la supervivencia de estos organismos. Han construido también otros genes, siempre a partir de secuencias conocidas, con dos propósitos distintos: cuatro secuencias actúan como "marcas de agua", permitiendo la identificación del genoma "sintético" diferenciándolo del genoma de la bacteria original. Otros dos genes se han incluido en la bacteria "sintética" para demostrar que ésta expresa correctamente dichos genes y que, por lo tanto, podemos hacer que "trabaje" para nosotros. En realidad este trabajo ya estaba terminado (y publicado) en el año 2008.


Otra parte diferente y complementaria del trabajo ahora publicado es el "ensamblaje" de esa secuencia de ADN sintetizada en un único vector de clonación. Un vector de clonación es una molécula de ADN que se usa para introducir material genético exógeno en una célula. Habitualmente se usan con este propósito plásmidos bacterianos, fagos o cósmidos, pero en este caso no era posible utilizar ninguno de estos tipos de vectores porque se requería que fueran capaces de introducir una cantidad de ADN mucho mayor que lo ordinario. Lo que se ha hecho, en cambio, ha sido construir un plásmido centromérico en una levadura. Los plásmidos centroméricos se caracterizan porque contienen secuencias propias de los centrómeros, que contribuyen a su estabilización, y secuencias de replicación autónoma.

La tercera pata del éxito de Venter ha sido la transformación de una bacteria con un vector tan grande como para contener el genoma completo de un organismo, si bien este resultado ya fue obtenido y publicado por su grupo en el año 2007, llamando la atención bastante menos que ahora. Desde luego, este es también un avance técnico de primer orden, y quizá sea el que más influencia tiene de cara a conseguir, en el futuro, "vida artificial", sea eso lo que sea; curiosamente, hasta ahora teníamos herramientas para sustituir completamente el genoma nuclear (convenientemente empaquetado) de un eucariota, lo que permitía la clonación de organismos completos; ahora esto demuestra que también podemos "transplantar" el genoma de una bacteria.

Una dificultad interesante que encontró el grupo de Venter al llevar a cabo la transferencia del genoma bacteriano es el hecho de que el genoma de Mycoplasma se encuentra metilado en su estado fisiológico, mientras que el plásmido creado en levaduras no lo está. Esto hacía inviable, en principio, la expresión de los genes clonados y transferidos. Los investigadores han esquivado este problema aplicando dos soluciones diferentes: eliminando el patrón de metilación de la bacteria antes de transformarla, lo que no ha impedido su actividad, y tratando el plásmido con metilasas extraídas de Mycoplasma mycoides, lo que también ha permitido el funcionamiento de los genes transplantados.

¿Y que hay de la vida artificial?

En mi opinión, nada. El avance del trabajo de Venter es de gran importancia, por supuesto; ha reunido información y conocimiento sobre el genoma mínimo de un organismo, y ha utilizado ese conocimiento para modificar una parte de él. Ha sido capaz de sintetizar artificialmente todo un genoma, y de transferirlo desde un sistema biológico de clonación a una célula receptora, igual que se hace con la clonación humana, sin que nadie lo llame "creación de seres vivos artificiales". Abre muchas puertas, crea muchas expectativas, pero no es vida artificial. Yo llamaría a Mycoplasma mycoides JCVI syn 1.0 "célula collage" o "célula pachtwork", pero no célula sintética o artificial.

Porque, para empezar... ¿A qué se podría llamar vida artificial? Como eso es más ciencia ficción o especulación teórica, prefiero dejarlo para una entrada distinta, con la promesa de que aparecerá inmediatamente.