Biología Sintética - ICONO

BIOLOGÍA SINTÉTICA
2.3 Genoma mínimo
Para lograr construir microorganismos artificiales
es necesario un requisito previo, identificar la
configuración mínima de genes necesarios para
permitir a las células artificiales replicarse de
manera autónoma, es decir, su genoma mínimo
teórico. Estos hasta ahora hipotéticos
microorganismos podrían derivarse de
microorganismos naturales con una mínima
colección de genes (microorganismos mínimos) o
podrían ser generados de un modo totalmente
sintético usando un grupo de genes esenciales
(microorganismos sintéticos). Como estos
organismos poseerían un metabolismo
relativamente simple y estarían totalmente
caracterizados, proporcionarían unas excelentes
posibilidades para ser usados como organismos
de producción simples y eficientes que puedan ser
modificados y reprogramados fácilmente con fines
de producción en biotecnología industrial 43 .
El proceso necesario para identificar el genoma
mínimo de los microorganismos sintéticos se
puede realizar por diversos métodos, que van
desde la identificación de genes esenciales por
mutagénesis hasta el análisis de homología de
secuencias génicas mediante herramientas
bioinformáticas. Una tercera alternativa consiste
en el estudio de sistemas biológicos que, de
forma natural, han experimentado una reducción
de su material genético. Esta es la aproximación
realizada por varios grupos de investigación
españoles (Centro de Astrobiología, Centro
Nacional de Biotecnología, Universidad
Complutense y Universidad de Valencia) y que
consistió en la secuenciación del genoma de la
bacteria endosimbionte Buchnera aphidicola 44 .
Directamente emparentada con E. coli, Buchnera
ha sufrido una evolución por reducción de su
material genético hasta llegar a un número de
genes, pudiera ser el mínimo, casi ocho veces
inferior al de E. coli 45 . Recientemente científicos
del Instituto Cavanilles de Biodiversidad y Biología
Evolutiva de la Universidad de Valencia han fijado
en 416 pares de bases y 362 genes codificadores
de proteínas el genoma de Buchnera 46 . Este
conjunto de genes sería capaz de soportar las
funciones vitales de una bacteria extremadamente
sencilla.
A finales del año 2004 el Instituto de Energías
Biológicas Alternativas (IBEA) perteneciente al
Instituto J. Craig Venter, anunció que habían
diseñado el bacteriófago (virus que infecta a
bacterias) ΦX174 en el laboratorio en tan sólo
dos semanas. Este virus sintético contiene el
mismo número de pares de bases de ADN que su
equivalente natural y posee la misma actividad 47 .
Para conseguir su objetivo, ensamblaron
fragmentos de ADN de 5 o 6 Kb partiendo de un
conjunto de oligonucleótidos sintéticos. Este
grupo liderado por el científico Craig Venter, se ha
dedicado los últimos años a la identificación del
genoma mínimo necesario para la supervivencia
de la bacteria Mycoplasma genitalium. Siguiendo
una estrategia que consistía en realizar
mutaciones aleatorias de un solo gen en
diferentes bacterias, concluyeron que en
Mycoplasma genitalium existían alrededor de 300
genes esenciales para la vida de la bacteria.
Aunque actualmente la síntesis de un cromosoma
es posible, aún no se sabe si es posible insertar
un cromosoma en una célula y conseguir la
transformación de los sistemas operativas de la
célula. Por su parte, investigadores de la división
de ingeniería biológica del Instituto Tecnológico de
Massachussets (MIT) han puesto en marcha un
proyecto consistente en el rediseño del genoma
del bacteriófago T7 48 .
43 Desarrollo de una Agenda de Investigación Estratégica (AIE) para la Biotecnología Industrial. Plataforma Tecnológica
Española de Química Sostenible. Agenda de Investigación Estratégica. Subplataforma de Biotecnología Industrial.
Borrador (13/06/2005).
44 Van Ham, et al., Reductive genome evolution in Buchnera aphidicola. Proc Natl Acad Sci USA. 100: 581-6. (2003).
45 Gil, et al. (2004). Determination fo the Core of a Minimal Bacterial Gene Set. Microbiology and Molecular Biology Reviews
68: 518-537.
46 Latorre, et al. (2006). A Small Microbial Genome: The End of a Long Symbiotic Relationship? Science, 314 (5797): 312-313.
47 Venter, J. C., et al. (2003). Generating a synthetic genome by whole genome assembly: ϕX174 bacteriophage from
synthetic oligonucleotides. PNAS 100: 15440-15445.
48 Endy, et al. (2005). Refactoring bacteriophage T7 Molecular systems biology.
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