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Consiguen sintetizar cinco cromosomas más de los dieciséis de los que consta el genoma de la levadura de la cerveza. Con estos cinco ya van seis y el resto se conseguirán sintetizar este año.

Un grupo internacional ha conseguido sintetizar desde cero cinco nuevos cromosomas de la levadura de la cerveza.

Con ello y el sintetizado anteriormente se podría reemplazar más de un tercio de los cromosomas de este ser por sus homólogos sintéticos. A finales de este año este mismo consorcio espera sintetizar el resto de los 16 cromosomas de los que consta todo su genoma.

La síntesis de todos los cromosomas permitirá tener un control sin precedentes del metabolismo de la levadura y así, por ejemplo, expandir su repertorio de moléculas producidas o en ser degradadas.

El logro se ha publicado en siete artículos el pasado 10 de marzo y es la portada de Science. Los artículos suman 200 autores en total. En el consorcio participan institutos y universidades de varios países del mundo.

El trabajo es similar a cómo un ingeniero en informática trataría de descifrar el código de un programa escrito hace diez años. En este caso, el linaje de esta levadura se separó del de otros hongos hace 50 millones de años.

Para este tipo de tarea se trocean, estudian y se montan las secuencias de las que constan los cromosomas. Al fin y al cabo, si uno desmonta totalmente su bicicleta y luego la vuelve a montar habrá aprendido mucho de cómo funciona y cómo está hecha la misma.

Aunque ya se había conseguido replicar el genoma de algún procariota, pues esto lo hizo el grupo de Craig Venter en 2010 con el genoma de Mycoplasma mycoides, hasta ahora no se ha conseguido hacer algo así con un eucariota completamente. La levadura de la cerveza es un modelo de organismo muy usado en los laboratorios y en la industria y es el eucariota más simple en ser usado de este modo. La síntesis de cromosomas artificiales puede simplificar aún más el estudio de nuevos fármacos.

Los seres humanos, como cualquier otra vida compleja de la Tierra, son eucariotas y las levaduras son un buen modelo en el que ensayar medicamentos o teorías antes que usar células humanas, que son más complejas.

Además, en estos artículos se confirma que los nuevos sistemas y software empleados pueden responder a cuestiones básicas sobre la maquinaria genética mediante la reprogramación de cromosomas en células vivas.

Ya en marzo de 2014 se logró ensamblar el primer cromosoma sintético de la levadura, que estaba compuesto por 272.871 pares de bases. En estos artículos ahora publicados se describen los nuevos cinco cromosomas, así como la primera aproximación a la estructura 3D de cromosomas sintéticos en el núcleo.

Se espera que, con las nuevas tecnologías recientemente desarrolladas, como GP-write o CRISPR, se pueda sintetizar el juego complejo de cromosomas del ser humano o de una planta en 10 años.

Para la síntesis de estos cromosomas los investigadores tienen que ensamblar largas secuencias de ADN. Los trozos de 30.000 o 40.000 pares de bases, que incluso pueden estar sintetizados por diferentes grupos de investigación, se juntan para formar un “precromosoma” que al ser inyectado en la maquinaria celular se convierte en un cromosoma funcional.

Pero estos cromosomas no son iguales a los naturales, pues algunas secuencias que se supone que son irrelevantes son eliminadas y otras cambiadas de lugar. Además, introducen variaciones o “mutaciones” para así crear nuevas variantes. Entonces, bibliotecas con variedades de levaduras obtenidas de este modo pueden ser exploradas para ver cuáles pueden ser de utilidad. También se pueden generar levaduras que sean resistentes a virus.

Así, por ejemplo, se puede colocar una población variada de esa librería en un medio determinado y sólo esperar hasta observar qué cepa o variedad es la que prospera de las muchas que había al principio. Es como una evolución forzada a alta velocidad.

Además de las aplicaciones prácticas, en este caso se trata también de explorar cuestiones fundamentales acerca de la evolución, como qué hubiera pasado si las levaduras hubieran explorado otras rutas evolutivas o cuántos cambios se pueden introducir en el genoma y que todavía se genere un organismo viable.

Se ha podido comprobar que algunos de estos genes pueden ser cambiados de cromosoma y el organismo no se resiente. Incluso algunos de esos genes pueden ser pasados de una especie a otra y el organismo obtenido sobrevive. Esta plasticidad hace de las levaduras así modificadas buenas plataformas sobre las que ensayar dramáticos cambios por ingeniería genética. Algo que también puede ser de utilidad en futuras aplicaciones.

Uno de los cambios más interesantes consistió en humanizar alguno de estos cromosomas con genes humanos. Aunque esto ya se había hecho con unos pocos genes a la vez, en este caso de los cromosomas sintéticos se puede llevar mucho más lejos.

Un caso especial ha sido el del cromosoma synXII, que al ser ensamblado en la molécula final contaba con más de un millón de bases. Se trata del cromosoma sintético más grande hasta el momento y proporciona pistas sobre cómo ensamblar cromosomas aún más grandes, como los que componen las células humanas.

Se han lanzados esfuerzos para otros consorcios sinteticen genomas de otros organismos como el de Escherichia coli.

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Fuentes y referencias:
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Artículo original 7.
Foto: Mogana Das Murtey y Patchamuthu Ramasamy / Wikipedia.