La promesa de las células sintéticas

Durante más de una década, los científicos han logrado avances extraordinarios en el ansiado sueño de fabricar una célula entera a partir de moléculas y materiales no vivos.

Tal sintético (o «Diseñado«) Las células se comportarían de manera similar a las de nuestro cuerpo, aunque también tendrían mecanismos de seguridad integrados que garantizarían la seguridad y la ética. Al estudiarlas, podríamos transformar nuestra comprensión de las reglas de la vida. También podrían utilizarse para manipular organismos vivos y lograr avances asombrosos en la medicina y la ciencia.

En 2010, el Instituto J. Craig Venter anunciado Había creado la primera «célula bacteriana sintética autorreplicante» que contenía un genoma sintetizado fuera de la célula y luego trasplantado a ella. Entonces era capaz de dividirse y reproducirse según las instrucciones de su nuevo código de ADN.

Desde entonces, los investigadores se han vuelto más ambiciosos y buscan sintetizar otros componentes celulares y construir una célula completa desde cero.

«Estamos más cerca que nunca», dijo Instituto Nacional de Normas y Tecnología La física Elizabeth A. StrychalskiLa búsqueda de una célula sintética desde cero «es una capacidad que, si no está a la vuelta de la esquina, tal vez esté en nuestro buzón».

Gran parte del progreso reciente se basa en avances tecnológicos que han hecho más fácil y más barato sintetizar largas cadenas de ADN en laboratorios.

Los científicos de todo el mundo también han descubierto métodos ingeniosos para producir versiones básicas de membranas, mitocondrias y otros componentes celulares. Y, utilizando nuevas técnicas que les permiten manipular cantidades minúsculas de líquido, están empezando a lograr que estas partes celulares sintetizadas interactúen y se comuniquen.

En el NIST, el grupo de investigación de Strychalski está ayudando a establecer las mediciones y los estándares fundamentales para un mayor progreso en la biología de la ingeniería (también llamada biología sintética).

El NIST también está colaborando con el Instituto J. Craig Venter en el «célula mínima«Una célula sintética simplificada. En lugar de múltiples partes y componentes sintéticos, solo se sintetiza su genoma. Strychalski dijo que la célula mínima ayudará a los investigadores a lograr «el santo grial de comprender qué hace cada gen en la célula humana».

Hablamos con ella sobre su trabajo y una artículo reciente Ella fue coautora en Biología sintética de la ACS que explora el estado de la investigación en su campo.

Empecemos por la pregunta más fundamental: ¿cómo sabremos que hemos construido una célula sintética desde cero?

Probablemente tendrá algunas propiedades importantes, como la capacidad de replicarse, un metabolismo y algún tipo de organización interna o compartimentación. Algunas propiedades surgen cuando se empiezan a ensamblar los componentes de una célula, como la capacidad de responder a algún tipo de estímulo del entorno y la capacidad de moverse.

Ahora bien, ¿necesitaremos que nuestra célula sintética tenga todas o sólo algunas de estas propiedades? Esa es una pregunta aún abierta y dependerá de su aplicación. Pero, sin duda, todos estos son atributos de una célula sintética construida desde cero que, en algún momento, querríamos incorporar.

¿Cómo podrían utilizarse estas células sintéticas para tratar enfermedades?

Gran parte de lo que enferma a las personas se debe a que las células no funcionan correctamente.

Digamos que tomamos las células como una cápsula y las modificamos para que detecten cuándo existe un determinado estado patológico. Podría ser que alguna bacteria dañina te esté envenenando o que tu cuerpo no tenga la capacidad de producir una determinada proteína.

Las células sintéticas podrían solucionar este problema, tal vez matando esas bacterias dañinas o ayudando al cuerpo a producir todas las moléculas que se supone que debe producir para que usted no tenga esa enfermedad.

Usted escribe en su artículo de revista sobre el papel que podrían desempeñar las células sintéticas en la exploración espacial.

Una de las cosas interesantes de construir células sintéticas es que podemos pensar en crear células sintéticas o sistemas similares a células que podrían adaptarse mucho mejor a un entorno espacial, ya sea en una nave espacial o en la superficie de otro planeta.

También hay muchas oportunidades de utilizar células como fábricas para elaborar productos, medicamentos, materiales de construcción, alimentos o cualquier cosa que se necesite en estos entornos con recursos limitados. Y lo bueno de las células sintéticas es que no es necesario abandonar la superficie de la Tierra con una gran cantidad de ellas para cultivarlas en el espacio, donde es posible que se necesiten muchas.

¿Podríamos sintetizar células de diseño o sistemas similares a células que exploren la diversidad biológica más allá de lo que existe actualmente en la naturaleza?

Ya sabes, estudiamos las células tal como evolucionaron en la Tierra. No sabemos cuánto de lo que vemos ahora se debió a que tuvo que suceder de esa manera y no podría haber sucedido de otra manera.

¿Cómo podemos ir al laboratorio, hacer retroceder el reloj y analizar otras posibilidades?

Por ejemplo, los ácidos nucleicos del ADN están formados por cuatro bases: adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C). Es posible fabricar bases adicionales en el laboratorio que no encontramos en la naturaleza y que parecen funcionar igual de bien.

¿Cómo podemos garantizar la ética y la seguridad?

Es esencial que todos tengan voz y voto en cómo desarrollamos estas tecnologías, cómo las utilizamos y quién tiene acceso a ellas.

Ahora tenemos la oportunidad de incorporar seguridad en lugar de mirar atrás y tratar de restablecerla. Por eso, soy un gran partidario de comenzar con una mentalidad de seguridad.

Por ejemplo, ¿cómo podemos asegurarnos de que las células sintéticas no puedan crecer fuera de donde queremos que estén? ¿Podemos construir «interruptores de seguridad» dentro de las células sintéticas? Cuando salen del cuerpo, podrían percibir la diferencia de temperatura, lo que desencadenaría una respuesta de estrés en las células que las haría morir.

Otra cosa que necesitamos son medidas de detección sólidas para garantizar que las personas que piden fragmentos sintéticos de código de ADN o células sintéticas no pidan aquellos que podrían ser dañinos.

Cuéntenos sobre el papel del NIST en todo esto.

Me gusta pensar en la construcción de células sintéticas desde la perspectiva del control. Los investigadores están tratando de controlar el funcionamiento de estos sistemas y hacerlo de forma segura.

Para tener este tipo de control, necesitamos medir cuantitativamente y con seguridad lo que hace el sistema. ¿De qué otra manera sabremos que ha logrado su función prevista?

Y estamos pensando en formas en que estas células sintéticas puedan realizar las mediciones. Se trata de construir circuitos biomoleculares para realizar mediciones e incluso cálculos dentro de sistemas vivos.

¿Qué te motiva en tu investigación?

Estamos en plena revolución biotecnológica. Tenemos problemas reales que debemos afrontar como sociedad y necesitamos que las biotecnologías nos ayuden a resolverlos.

También se trata de descubrimiento. Una vez que entendamos cómo construir células sintéticas desde cero, podremos entender mejor lo que significa ser humano.