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La creación de cromosomas sintéticos abre las puertas a una mejor manipulación genética de células eucariotas. En este caso permite la evolución rápida bajo demanda de levaduras.

Las investigaciones en Biología Genética y molecular han dado lugar a un nuevo hito: la creación del primer cromosoma semisintético.
La vida se puede dividir entre células con núcleo diferenciado y aquellas que no lo tienen, como las bacterias y arqueas. A las células con núcleo diferenciado se les denomina eucariotas y son más complejas que las demás. El material genético del núcleo de una célula eucariota se organiza de una manera sofisticada formando paquetes fijos y precisos que se denominan cromosomas. En las bacterias y arqueas no hay cromosomas, encontrándose el ADN diluido en la célula o formando a lo más plásmidos.
Si se desea hacer investigaciones genéticas lo más fácil es hacerlo sobre bacterias, pues su simpleza puede jugar a nuestro favor. Hasta ahora gran parte de las investigaciones en este campo se han realizado en este tipo de seres, sobre todo en aquellas encaminadas a la producción industrial de sustancias.
Pero además de bacterias, en los laboratorios se investiga con otros tipos de microrganismos, como las levaduras, que son hongos y, por tanto, eucariotas. Se pueden insertar genes en las levaduras y éstas se pueden cultivar con facilidad. Pero si se desea dar un paso más sería interesante poder crear cromosomas artificiales.
Esto es precisamente lo que ha hecho un grupo de investigadores de Johns Hopkins. En concreto ha diseñado computacionalmente desde cero un cromosoma y lo han incorporado al genoma de una levadura. Esto permitió la creación de un nuevo sistema de organización de la información genética en el hongo.
Los investigadores esperan que en un futuro se puedan diseñar genomas para propósitos específicos, como la producción de vacunas o fármacos.
Jef D. Boeke hace notar que la levadura es el organismo eucariota mejor estudiado y ya se emplea para la producción de biocombustibles y medicinas. De ahí que fuera un buen candidato para este estudio.
La incorporación de un nuevo cromosoma tuvo que obedecer ciertas normas, como que no tenía comprometer la supervivencia de la célula y tener capacidad de cambio y flexibilidad genéticos.
El genoma de la levadura ya fue secuenciado en su totalidad en el pasado, así que se contaba con esa ventaja.
El nuevo cromosoma fue una versión del cromosoma 9R del hongo en el que se eliminó partes repetidas y además se introdujeron secuencias nuevas y marcadores especiales. Con todo ello se creó, por consiguiente, una nueva versión mutante del cromosoma. Además, este equipo de investigadores sintetizó un parte del cromosoma 6L. En total se cambió el 17% de las secuencias de los segmentos blanco, que representa un 1% de los 12 millones de bases con los que cuenta el genoma completo.
Se reemplazó el cromosoma natural 9R de la levadura Saccharomyces cerevisiae por el nuevo cromosoma sintético. El cromosoma original tiene 100.000 pares de bases y es el más pequeños de todos, pues contiene sólo un 1% de la información genética del genoma de la levadura. La creación de este cromosoma fue posible gracias a un sistema informático especializado que permite la introducción de muchos cambios simultáneamente.
Las células obtenidas presentaron una capacidad normal de crecimiento y reproducción en diferentes nutrientes y condiciones, siendo indistinguibles en este aspecto de las naturales. Según otros investigadores parece que las nuevas poblaciones de levaduras son fantásticamente estables, pues se asumía que este tipo de seres manipulados de este modo degenerarían rápidamente.
Lo que distingue este cromosoma de lo obtenido por otros proyectos es que permite la introducción de muchos cambios simultáneos sin tener que esperar todo el tiempo que la evolución normal necesitaría para ello. Esto se realiza “a posteriori” mediante la activación de ciertas enzimas que eliminan, activan, desactivan o reordenan genes, lo que produce distintas cepas mutantes adecuadas para distintas condiciones y requerimientos. De este modo se puede obtener una cepa que, por ejemplo, produzca un fármaco a determinada temperatura.
Estas levaduras modificadas con cromosomas artificiales fueron alimentadas con distintos nutrientes y los investigadores vieron que unas poblaciones crecían más rápidas que otras y que esto se debía a la pérdida de ciertos genes una vez se activaba el sistema. Analizando los nuevos cromosomas al cabo de un tiempo comprobaron que se habían producido diversas alteraciones genéticas. Si se toma la analogía de que el genoma de la levadura se parece a un mazo de naipes, éste puede ser reordenado o barajado y así tener genomas mejores para ciertas funciones.
Se puede decir, por tanto, que estas levaduras alteradas “evolucionan” más rápidamente que las naturales.
Es de esperar que estas levaduras de evolución rápida puedan ser usadas para el estudio de la evolución y especiación sin tener que esperar mucho tiempo. Se puede, por ejemplo, ir eliminando genes hasta determinar el genoma mínimo para la supervivencia o ver cuánto reordenamiento es necesario para producir una nueva especie.
Aunque previamente se habían construido genoma enteros, éstos correspondían a seres más simples como el de la bacteria Mycoplasma mycoides, que cuenta con sólo un millón de pares de bases.
Estos experimentos son sólo el comienzo de un gran proyecto cuya meta última es sintetizar el genoma completo (unos 6000 genes) reordenando 5000 de ellos. Aunque para esta meta se necesitarán todavía años, el equipo de investigadores ya ha sintetizado el equivalente a un 10% del genoma y un 2% ha sido ya comprobado en vivo.
Este equipo de investigadores quiere además desarrollar las herramientas necesarias y dejarlas disponibles para la comunidad científica internacional sin patentes ni derechos.
La mayor parte de la financiación para este proyecto proviene de la National Science Foundation, pero también participan otras instituciones y empresas como el Departamento de Energía norteamericano y Microsoft.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original.
Foto: Eye of Science/SPL.