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Consiguen que unas nuevas bases nitrogenadas sintéticas se mantengan de modo indefinido en un microorganismo semisintético.

Como todos sabemos, el código genético es universal y es el que permite traducir tripletes de bases nitrogenadas o nucleótidos de ADN a aminoácidos específicos. Son cadenas de estos aminoácidos las que forman las proteínas.

En la naturaleza sólo hay 4 nucleótidos. Esto permitiría codificar 4×4×4 = 64 aminoácidos, aunque, al haber cierta redundancia y conformismo, la Naturaleza sólo usa 20 aminoácidos para hacer proteínas.

En 2014 vimos una noticia en la que se anunciaba un microorganismo semisintético cuyo ADN incorporaba dos bases más a las 4 tradicionales. En teoría, esto permitiría codificar 6×6×6 = 216 aminoácidos.

El microorganismo en cuestión usaba este nuevo código genético mientras encontrara el suministro adecuado de las nuevas bases (que no existen en la naturaleza). La idea, además, era que este tipo de bacterias modificadas no pudieran sobrevivir en la Naturaleza en el caso de una liberación incontrolada.
Sin embargo, se pudo comprobar que, según se sucedían las generaciones, el nuevo código se iba perdiendo al dividirse las bacterias.

Las baterias E. coli modificadas de este modo no podían mantener esas nuevas bases en su código por tiempo indefinido, aunque hubiera el aporte ilimitado desde el exterior de las mismas. Su genoma no era estable y no duraba, tal y como se había diseñado, durante más de un día. Esto limitaba mucho los modos en los que el microorganismo podría usar esta nueva información extra.

Si un organismo semisintético se tiene que calificar como tal organismo, entonces tiene que ser capaz de mantener estable la información de su genoma de forma indefinida. Pero este no era el caso.

Ahora, el mismo equipo de investigadores del Scripps Research Institute (TSRI) dirigidos por Floyd Romesberg ha dado un paso más allá. El nuevo microorganismo que han obtenido puede mantener de forma indefinida esas nuevas bases según se divide.

Según Romesberg, este microorganismo semisintético es más parecido a lo que llamamos organismo vivo que lo que habían logrado antes.

Para conseguir este logro los investigadores implicados tuvieron que optimizar el transporte de nucleótidos, que es el que lleva los materiales necesarios, en este caso las bases no naturales, para que sean copiadas a lo largo de la membrana celular. Este sistema ya existía en las E. coli semisintéticas de 2014, pero hacía que estas células enfermaran. Las modificaciones introducidas alivian este problema, lo que permite al microorganismo crecer y dividirse manteniendo las nuevas bases.

Además, los investigadores modificaron la nueva base Y para que fuera mejor reconocida como una molécula distinta durante la replicación por el sistema de enzimas ADN sintetasas, lo que facilitaba copiar la base sintética.

Por último, dispusieron un sistema de control “ortográfico” en el microorganismo que estaba basado en CRISPR-Cas9, que es ya una herramienta de edición popular, pero que aquí, en lugar de editar el genoma de la bacteria, se usó para su propósito original.

Antes de emplearse CRISPR-Cas9 como herramienta en los laboratorios, ya era usada por los microorganismos como un sistema de respuesta inmunitaria frente a los virus. Cuando una bacteria se encuentra con un virus toma fragmentos de ADN de este y los pega en su genoma como si fueran propios. Esto actúa como un patrón enemigo sobre el que hay que actuar, entonces la bacteria crea enzimas basadas en esas secuencias para combatir al invasor.

Así que los investigadores del TSRI diseñaron su microorganismo para que viera secuencias genéticas sin la X e Y como si fuera un virus invasor. Así que las células sin las nuevas bases X e Y eran marcadas para su destrucción, lo que permitía a los investigadores quedarse con microorganismos que sí mantenían las nuevas bases.

El microorganismo semisintético fue entonces capaz de retener las nuevas bases artificiales en su genoma incluso después de 60 divisiones, que es hasta donde se comprobó. Esto hace afirmar a los investigadores que el nuevo microorganismo es capaz de mantener estas nuevas bases por tiempo indefinido.

Hay que recordar que este logro se ha realizado sobre microorganismos unicelulares (bacterias) y que, de momento, no está diseñado para ser implementado sobre organismos más complejos.

Los investigadores implicados esperan ahora estudiar cómo su nuevo código genético puede transcribirse a ARN, un paso fundamental a la hora de sintetizar proteínas.

De momento este microorganismo sólo puede mantener una información y poco más, siendo un trabajo de ciencia básica. Todavía hay que inventar posibles aplicaciones.

Aunque las aplicaciones de esta idea están por verse, se especula que se podrían usar este tipo de bacterias en el futuro para sintetizar fármacos y otros productos.

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Fuentes y referencias:
Artículo original
Hacia un código genético sintético.
Ilustración: Scripps Research Institute.