La era de la vida artificial empieza con la levadura de la cerveza

El doctor Jeff Boeke muestra la levadura artificial a una de las colegas que ha participado en la investigación. / NYU Langone Medical Center
El doctor Jeff Boeke muestra la levadura artificial a una de las colegas que ha participado en la investigación. / NYU Langone Medical Center

Dentro de unas décadas, cuando la ciencia y la tecnología humanas creen sistemas de vida artificial casi de forma rutinaria, se dirá que todo empezó un 27 de marzo de 2014. El jueves, un equipo internacional de investigadores anunció la síntesis parcial de la levadura de la cerveza. Es un pequeño hongo pero la recreación artificial, aunque sea incompleta, de su ADN, es un gran paso que abre la era de la biología sintética.

La Saccharomyces cerevisiae es un hongo unicelular usado para la producción industrial de cerveza, vino o pan. También se ha demostrado clave en el desarrollo de biocombustibles como el etanol. Esta levadura interviene además en la obtención de la artemisina, el fármaco que mejor combate la malaria. Y es uno de los hongos más estudiados por la ciencia. Aunque es unicelular, la S. cerevisiae es un eucarionte, es decir, a diferencia de virus o bacterias, es un organismo formado por células con núcleo, como los seres vivos más complejos. En su relativa simplicidad, su estudio lleva años dando pistas a los científicos sobre los procesos celulares de las demás especies, también la humana.

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En 1996 se secuenció su genoma por completo. A pesar de ser un organismo simple, en sus 16 cromosomas se esconden unos 6.000 genes y 12 millones de pares de nucleótidos, la base molecular del genoma. Ahora, un equipo de investigadores ha conseguido sintetizar uno de los cromosomas de la levadura de la cerveza. Era uno de los más cortos, pero aún así cuenta con más de 300.000 pares de bases. Sesenta científicos, muchos de ellos aún estudiantes, han necesitado siete años para codificar toda su información. Tras eliminar parte de ella, trasteando aquí y allá en los genes que vieron no esenciales, insertaron el cromosoma modificado en hasta 30 cultivos diferentes de la levadura. Durante 125 generaciones, la levadura artificial se desarrolló de forma estable.

Hasta ahora, la biología sintética sólo había sido capaz de recrear artificialmente moléculas simples, como las de la insulina humana cultivada en microbios, o microorganismos procariontes, es decir sin núcleo celular, como las bacterias modificadas para alimentarse del petróleo de los vertidos, y algunos virus. Pero nunca lo habían logrado con un ser que, por pequeño y simple que sea, está tan emparentado con los humanos. No en vano, levadura y humanos comparten un tercio de su genoma.

«Estamos haciendo historia», decía a la revista Science, donde se ha publicado el estudio, el biólogo molecular y coautor del trabajo, Junbiao Dai, sobre su versión sintética de la S. cerevisiae a la que han llamado Sc2.0. Los investigadores rehicieron el neocromosoma por completo. Eliminaron buena parte de sus genes, también borraron el llamado ADN basura (que no codifica la creación de proteínas), insertaron pequeñas porciones de código artificial a lo largo de la cadena de ADN y, casi como si fueran niños, cambiaron de ubicación centenares de las cinco bases nitrogenadas que forman el ADN y el ARN.

«Cuando cambias el genoma, te la estás jugando. Un cambio erróneo puede matar a la célula», explica Jef Boeke, del Instituto de Sistemas Genéticos de la Universidad de Nueva York y principal autor de este hallazgo. «Nosotros hemos realizado unos 50.000 cambios en el ADN del cromosoma y nuestra levadura sigue viva. Es algo notable. Esto muestra que nuestro cromosoma sintético es resistente y capaz de dotar a la levadura de nuevas propiedades», añade.

Células de levadura de la cerveza, 'Saccharomyces cerevisiae'. vistas al microscopio. Wikimedia Commons
Células de levadura de la cerveza, ‘Saccharomyces cerevisiae’, vistas al microscopio. / Wikimedia Commons

Durante las sucesivas generaciones de la esta levadura artificial, los investigadores no apreciaron un deterioro genético superior al de las S. cerevisiae naturales. Según la modificación genética realizada, en algunos cultivos comprobaron la aceleración de su desarrollo. Mientras, en otros, lograron alterar el comportamiento sexual de los hongos, inhibiendo el apareamiento en unos y forzándolo en otros.

A Boeke y su equipo, con investigadores de medio mundo, aún les queda mucho por hacer. Además de seguir probando nuevas modificaciones en su cromosoma artificial, ahora quieren sintetizar otros cromosomas de la levadura de la cerveza con la ayuda de los estudiantes del proyecto Build a Genome (Fabrica un Genoma). Una levadura sintética podría ser muy útil para la industria alimentaria y lo que es más importante, acelerar el desarrollo de nuevos fármacos o la eficiencia de los biocombustibles.

Aunque no se trata tanto de crear vida artificial como de aumentar o mejorar el rendimiento de una simple levadura, no deja de maravillar y a la vez inquietar lo que escriben los autores al final  del artículo donde explican su trabajo: «Los rápidos avances en biología sintética junto a los cada vez menores costes de la síntesis del ADN sugieren que pronto será factible diseñar nuevos genomas eucariontes, incluidos los de plantas y animales, con cromosomas sintéticos que codifiquen funciones deseadas y propiedades fenotípicas basadas en principios de diseño determinados».