La fábrica de ADN hecha humo

Publicado online el 22 de julio de 2010 | Nature | doi:10.1038/news.2010.367

La fábrica de ADN hecha humo

Los primeros componentes fiables para la biología sintética podrían estar disponibles a finales de año.
Alla Katsnelson

[ A los biólogos sintéticos les faltan “piezas” de ADN que funcionen correctamente en diferentes células o entornos. Sam Ogden / Science Photo Library ]

A los seis meses de su lanzamiento, la primera fábrica del mundo para la fabricación de “partes” de ADN biológico está empezando a llenar sus estantes.

Más de 60 personas –investigadores universitarios, socios de la industria y miembros interesados de la comunidad– se unieron al equipo en el International Open Facility Advancing Biotechnology (BIOFAB), en su reunión del 19 y 20 de julio, para discutir el progreso de la instalación y sus objetivos para los próximos años.

BIOFAB pretende proporcionar a los biólogos sintéticos una colección de piezas genéticas que puedan utilizar en sus experimentos. Las partes biológicas –realmente secuencias de ADN– deben tener funciones predecibles y conocidas, de manera que se puedan insertar en las células para impulsar la producción de una proteína en particular, por ejemplo, o hacerla sensible a una toxina específica. BIOFAB ha comenzado a añadir algunas secuencias a su registro, pero todavía hay mucho camino por recorrer antes de que el trabajo de BIOFAB pueda ser útil a los investigadores, afirmó Drew Endy, director de la instalación y biólogo sintético en la Universidad de Stanford, Palo Alto.

Los biólogos sintéticos quieren rediseñar células bacterianas con fines útiles, como la producción de biocarburantes o la creación de nuevos tipos de medicamentos. La idea es que el ADN puede dividirse en componentes intercambiables dentro y fuera de las células como partes de un reloj. Pero, en realidad, las mismas secuencias a menudo se comportan de manera diferente en diferentes células.

Creado en 2003 en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, en Cambridge, el Registro de Piezas Biológicas Estándar fue la primera colección de componentes genéticos disponible. También acoge partes realizadas en su mayor parte por estudiantes que participaron en el concurso internacional de biología sintética Genetically Engineered Machine, que se lleva celebrando desde 2003. Sin embargo, se cree que sólo unos 2.300 componentes de este registro de 13.400 piezas funcionarán como deben.

Mezcla y combina
BIOFAB pretende unirse al juego suministrando partes biológicas que los investigadores puedan utilizar de forma fiable en su trabajo, aseguraron Endy y el codirector Adam Arkin, bioingeniero de la Universidad de California, Berkeley. Con sede en el Instituto de Bioenergía del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, en Emeryville, BIOFAB tiene hasta ahora una actividad a pequeña escala. Cuatro o cinco científicos comparten un gran laboratorio de la cuarta planta, donde diseñan y prueban construcciones de ADN. Endy, Arkin y unos pocos más completan el número de empleados hasta 10.

En la reunión, los investigadores de BIOFAB presentaron sus primeros esfuerzos para sentar las bases para el diseño y la caracterización de las partes biológicas. El proyecto piloto probó una docena de promotores genéticos (regiones de ADN que facilitan la transcripción de los genes) y segmentos de ADN que codifican los sitios de unión al ribosoma (secuencias de ARN mensajero que controlan la traducción de proteínas) para determinar si se comportan igual en diferentes contextos celulares.

“¿Sabemos lo suficiente para construir promotores sintéticos fuertes y débiles?”, se preguntó Vivek Mutalik, científico BIOFAB. En realidad no, le dijo a la audiencia. Para empezar a responder a esa pregunta, los investigadores modelaron diferentes combinaciones de promotores y sitios de unión al ribosoma, y descubrieron que podían predecir el 70% de la varianza de las combinaciones.

“Tenemos que empezar por cuantificar los límites de lo que se puede hacer”, declaró Endy.

El siguiente paso es utilizar su análisis para diseñar y construir promotores y sitios de unión al ribosoma con un mejor rendimiento. “Si nos dejamos la piel, a finales de este año deberíamos haber cerrado ese bucle –afirmó Endy, y añadió que sería algo que podrían utilizar los investigadores–. Serían considerablemente mejores y gratis.”

Pieza a pieza
Los biólogos sintéticos se han esforzado por estandarizar comparaciones de cómo trabajan las distintas partes. BIOFAB utiliza una técnica ideada por uno de los ex alumnos de Endy, Jason Kelly, en la que los investigadores determinan la actividad relativa de su promotor con respecto a un promotor de referencia ampliamente utilizado1. No es un sistema perfecto, afirmó Endy, pero es un comienzo. Sin embargo, no está claro si estos instrumentos de referencia funcionarán en condiciones industriales, añadió Endy. Otro proyecto de BIOFAB es crear una biblioteca de herramientas de referencia probadas bajo condiciones de ingeniería metabólica comercial.

BIOFAB no es el único que trabaja en estos temas. Richard Kitney, biólogo de sistemas del Imperial College de Londres, está poniendo en marcha una instalación similar de producción de piezas en Reino Unido, que colaborará estrechamente con BIOFAB. “Queremos ser capaces de ver si podemos replicar los parámetros a través del Atlántico”, declaró Kitney.

Además, BIOFAB también está recibiendo el impulso de un nuevo concurso anunciado recientemente, encabezado por Richard Murray, ingeniero biológico del Instituto Tecnológico de California. Murray y el resto aún están depurando los detalles, pero el objetivo será resolver problemas concretos, como la caracterización y la medición. Además de dinamizar la comunidad, muchas de estas soluciones podrían proporcionar los protocolos para BIOFAB.

En última instancia, los objetivos de BIOFAB –y de la biología sintética– deben superar algunas limitaciones básicas de este campo. “¿Hay alguna parte que funcione en la actualidad?”, preguntó un investigador en la reunión. “No creo que haya una sola parte biológica que funcione en cualquier entorno.”