Las increíbles posibilidades del ADN artificial

Todas las células vivas surgen a partir de un alfabeto genético de cuatro letras: A, T, C y G, las unidades básicas del ADN. Pero esta realidad ha cambiado. En esta visionaria charla, el biólogo sintético Floyd E. Romesberg nos presenta el primer organismo vivo creado a partir de un ADN de seis letras, es decir, las cuatro letras convencionales más dos nuevas letras artificiales: X e Y. Además, indaga en cómo este gran avance en la biología sintética podría poner en duda nuestro entendimiento de los designios de la naturaleza.

Toda vida,

todo ser vivo

se desarrolla a partir
de la información de su ADN.

¿Qué significa esto?

Significa que, así como el alfabeto inglés
está formado por varias letras

que al combinarse en palabras
permiten contar historias como la de hoy,

el ADN está formado por letras genéticas

que forman genes con los que
las células pueden producir proteínas,

cadenas de aminoácidos
que forman estructuras complejas

y permiten a las células
cumplir su función: contar historias.

El alfabeto inglés tiene 26 letras
y el alfabeto genético, cuatro.

Son bastante famosas,
quizá las escucharon nombrar.

Comúnmente solo se las llama G, C, A y T.

Pero es sobresaliente que
toda la diversidad orgánica

haya sido el resultado
de cuatro letras genéticas.

Imaginen qué sucedería si
el alfabeto inglés tuviera cuatro letras.

¿Qué clase de historias
serían capaces de contar?

¿Y si el alfabeto genético
tuviese más letras?

Si la vida tuviera más letras,

¿podría contar más historias, quizá
incluso historias más interesantes?

En 1999, mi laboratorio en el Instituto de
Investigación Scripps, en La Jolla, CA.

comenzó a investigar este interrogante
con el objetivo de crear organismos vivos

con ADN creado a partir de
un alfabeto genético de seis letras:

las cuatro letras convencionales
más dos nuevas letras artificiales.

Un organismo así sería la primera forma de
vida radicalmente alterada jamás creada.

Sería una forma de vida semisintética
capaz de almacenar más información

que cualquier otro organismo
en la historia.

Podría crear proteínas nuevas
a partir de más de 20 aminoácidos normales

usualmente usados para crear proteínas.

¿Qué tipo de historias
podría contar ese organismo?

Gracias al avance de la química sintética,

a la biología molecular
y a más de 20 años de trabajo

hemos creado bacterias
con un ADN de seis letras.

Les contaré cómo lo conseguimos.

Lo único que deben recordar
de sus clases de biología

es que las cuatro letras naturales se
combinan para crear dos pares de bases:

G se combina con C y A, con T.

Así que, para crear nuevas letras,

sintetizamos cientos
de posibles letras candidatas

y analizamos su capacidad para
combinarse entre sí de forma selectiva.

Y tras 15 años de trabajo,

descubrimos dos que se combinaban
bastante bien, al menos en probetas.

Tienen nombres muy complicados,
pero llamémoslas simplemente X e Y.

Lo siguiente era descubrir
cómo insertar X e Y en células,

y finalmente descubrimos que una proteína
que hace algo similar en las algas

funcionaba en nuestra bacteria.

Por último, necesitábamos demostrar
que, si contaban con X e Y,

las células podrían crecer, dividirse
y mantener a X e Y en su ADN.

Todo lo que hicimos hasta ese momento
demoró más de lo deseado

—soy una persona muy impaciente—,

pero esto, el paso más importante,
se dio más rápido de lo imaginado,

prácticamente de inmediato.

Un fin de semana de 2014,

un graduado en mi laboratorio consiguió
crear bacterias con ADN de seis letras.

Permítanme presentárselas ahora mismo.

En esta foto pueden verlas.

Se trata de los primeros
organismos semisintéticos.

Bacterias con ADN de
seis letras... Es genial, ¿cierto?

Puede que se pregunten de qué forma.

Les contaré más sobre
nuestras motivaciones,

tanto conceptuales como prácticas.

Conceptualmente, la gente
siempre ha pensado en la vida:

qué es, qué la hace
diferente a lo no vivo.

Han pensado esto desde siempre.

Muchos han considerado
que la vida es perfecta,

y esto se ha tomado como
prueba de la existencia de un creador.

Los seres vivos son diferentes
porque un dios les otorgó vida.

Otros buscaron una explicación
más científica,

pero podemos afirmar que aún se piensa

que las moléculas de
los seres vivos son especiales.

La evolución las ha perfeccionado
durante miles de millones de años.

Sea cual fuere la postura,

es claramente imposible que un científico
consiga fabricar partes nuevas

que funcionen dentro y junto
a las moléculas existentes

sin arruinarlo todo de alguna manera.

Pero ¿qué tan perfectamente
evolucionados estamos realmente?

¿Qué tan especiales son
las moléculas de los seres vivos?

Ha sido imposible hacer estas preguntas

porque no tenemos
con qué hacer la comparación.

Ahora por primera vez
nuestro trabajo indica

que quizá las moléculas
de los seres vivos no son especiales.

Quizá la vida, como la conocemos hoy,
no es la única forma de vida posible.

Quizá no somos la única solución,
quizá ni siquiera la mejor solución,

sino tan solo una solución.

Estos son interrogantes
clave sobre la vida,

pero quizá parezcan algo esotéricos.

¿Qué hay de nuestras
motivaciones prácticas?

Queremos explorar
qué tipo de historias nuevas

podrían contar los organismos
con un vocabulario ampliado.

Y recuerden, las historias serían
las proteínas que producen las células

y sus funciones.

¿Qué tipo de proteínas nuevas
con funciones nuevas

podrían crear y quizá hasta usar
nuestros organismos semisintéticos?

Se nos ocurren un par de posibilidades.

Primero debemos conseguir que las células
fabriquen proteínas para nuestro uso.

Hoy día, las proteínas se usan
de muchas formas diferentes:

para crear materiales
que protejan a los soldados,

dispositivos que detecten
componentes peligrosos.

Pero en mi opinión

el uso más emocionante es
la fabricación de drogas proteicas.

A pesar de ser relativamente nuevas,

las drogas proteicas
ya han revolucionado la medicina.

Por ejemplo, la insulina es una proteína,
seguramente la escucharon nombrar,

se fabrica como droga y ha cambiado
totalmente la forma de tratar la diabetes.

Pero el inconveniente es que las proteínas
son muy difíciles de fabricar.

La única forma de conseguirlas
es hacer que las células las fabriquen.

Entonces, las células naturales

solamente fabricarán proteínas
con aminoácidos naturales,

y las propiedades de estas proteínas,

es decir, los posibles usos
que podría dárseles,

estarán limitados por
la naturaleza de los aminoácidos

a partir de los que se crea la proteína.

Aquí los vemos:

los 20 aminoácidos que
se unen para fabricar una proteína.

Y, como pueden ver, no son muy diferentes.

No tienen muchas funciones diferentes.

No crean mucha variedad de funciones.

Compárenlos con las moléculas que
los químicos sintéticos crean como drogas.

Son más sencillas que las proteínas,

pero se fabrican a partir de un abanico
mucho más amplio de posibilidades.

Sin prestar atención
a los detalles moleculares,

creo que pueden notar la diferencia.

Y son esas diferencias lo que
las vuelve drogas óptimas

para tratar diferentes enfermedades.

Hace que uno se pregunte qué tipo
de drogas proteicas podrían desarrollarse

si contásemos con proteínas
creadas a partir de distintas cosas.

¿Podemos hacer que nuestro
organismo semisintético

fabrique proteínas con nuevos
y diferentes aminoácidos,

quizá con aminoácidos seleccionados

para otorgarle a la proteína
alguna función específica?

Por ejemplo,

hay proteínas que no son estables
dentro del organismo humano.

Se degradan o eliminan de forma rápida,

y esto evita que cumplan su función.

¿Y si pudiésemos crear
proteínas con aminoácidos

que tengan determinados componentes
que las protejan del entorno,

que evite que se degraden o eliminen
y sean así drogas más eficaces?

¿Podríamos crear proteínas
que tengan pequeños dedos

para aferrarse a moléculas específicas?

Muchas moléculas fracasan
durante su desarrollo como drogas

por no poder dar con su meta específica

dentro del complejo entorno
que es el organismo humano.

¿Podemos tomar esas moléculas y
hacerlas parte de los nuevos aminoácidos

para que, cuando se las inserte
en una proteína,

la proteína las guíe a su objetivo?

Establecí una empresa llamada Synthorx.

'Synthorx' por los organismos sintéticos,

y la 'x' al final porque así lo hacen
las empresas de biotecnología.

(Risas)

Synthorx y mi laboratorio
trabajan en equipo

y están interesados en una proteína
que reconoce ciertos receptores

en la superficie de las células humanas.

Pero el problema es que también reconoce

otro receptor en la superficie
de las mismas células,

y esto la vuelve tóxica.

¿Podríamos crear
una variante de esa proteína

en la cual la parte que interactúa
con el receptor incorrecto sea bloqueada,

bloqueada por algo como un gran escudo,

para que así la proteína solo interactúe
con el receptor que corresponde?

Conseguir esto sería muy difícil
o imposible con los aminoácidos normales,

pero no con aminoácidos especialmente
diseñados con ese propósito.

Conseguir que nuestras
células semisintéticas

funcionen como fábricas
de drogas proteicas más eficaces

no es la única aplicación
posible que resulta interesante,

ya que son las proteínas
las que permiten a las células actuar.

Si contamos con células que fabrican
nuevas proteínas con nuevas funciones,

¿podemos conseguir que hagan cosas
que las células naturales no pueden?

Por ejemplo, ¿podríamos desarrollar
organismos semisintéticos que,

al entrar al organismo humano,
rastreen las células cancerígenas

y solo al encontrarlas secreten
una proteína tóxica que las elimine?

¿Podríamos crear bacterias
que se alimenten de petróleo

para limpiar, por ejemplo,
un derrame de petróleo?

Estas son solo algunas
de las historias que veremos

si creamos organismos
con un vocabulario ampliado.

Suena increíble, ¿no?

Poder inyectar organismos
semisintéticos a las personas,

derramar galones de nuestras bacterias
en el océano o en su playa preferida?

Un momento, en realidad
suena bastante aterrador.

Este dinosaurio es aterrador.

Pero esto es lo interesante:

Para sobrevivir nuestros
organismos semisintéticos

necesitan alimentarse de
precursores químicos de X e Y.

X e Y no se parecen a nada
que exista en la naturaleza.

Las células sencillamente no las tienen,
ni tienen la habilidad de crearlas.

Así que cuando las creamos
en el entorno controlado del laboratorio

podemos alimentarlas
con comida no natural.

Luego, al insertarlas
en un organismo o playa

en donde ya no tengan de qué alimentarse,

puede que crezcan un poco,
que sobrevivan por un tiempo,

quizá lo suficiente como
para cumplir con su propósito,

pero luego se quedan sin alimento.

Comienzan a sentir hambre.

Mueren de hambre
y simplemente desaparecen.

No solo podemos conseguir que
los organismos cuenten nuevas historias,

podemos indicarles cuándo
y dónde contar esas historias.

Al inicio de esta charla,

les conté que en 2014 anunciamos
la creación de organismos semisintéticos

que contenían más
información en su ADN: X e Y.

Pero para alcanzar todas
estas metas mencionadas,

necesitamos que las células
usen X e Y para fabricar proteínas,

así que comenzamos a trabajar en ello.

En unos pocos años,

demostramos que las células son
capaces de tomar el ADN con X e Y

y copiarlo en su ARN, la copia del ADN.

Y a finales del año pasado,

demostramos que eran capaces
de usar X e Y para fabricar proteínas.

Aquí pueden verlos:
protagonistas de la charla,

los primeros organismos semisintéticos
totalmente funcionales.

(Aplausos)

Estas células son verdes porque
fabrican una proteína que brilla así.

Es una proteína
muy conocida de las medusas

que mucha gente usa en su forma natural

porque es fácil notar que uno la hizo.

Pero en el interior de cada una de
estas proteínas hay un aminoácido nuevo

con el que los organismos vivos
no pueden fabricar proteínas.

Toda célula viva que haya existido

ha creado cada una de sus proteínas

usando un alfabeto
genético de cuatro letras.

Estas células viven, crecen y fabrican
proteínas con un alfabeto de seis letras.

Se trata de una nueva forma de vida.

Es una forma de vida semisintética.

¿Qué planeamos para el futuro?

Mi laboratorio está
trabajando para expandir

el alfabeto genético de otras células,
células humanas incluso,

y nos estamos preparando para
trabajar con organismos más complejos.

Imaginen gusanos semisintéticos.

Lo último que quiero contarles,
lo más importante

es que la era de los organismos
semisintéticos está aquí.

Gracias.

(Aplausos)

Chris Anderson: Floyd,
esto es impresionante.

Quería preguntarte

¿cuáles son las implicancias de tu trabajo

con relación a las posibilidades
de la vida en el universo?

Al parecer, muchas de nuestras
conjeturas sobre la vida

se basan en que claramente
esta parte del ADN,

pero ¿las posibilidades para
las moléculas autorreplicantes

son mayores que para el ADN,
incluso ADN de seis letras?

Floyd Romesberg: Así es.

Y creo que nuestro trabajo ha demostrado,

como mencioné antes,
que siempre ha existido un prejuicio

de que somos perfectos, óptimos,
que Dios nos creó de esta forma,

que la evolución nos ha perfeccionado.

Hemos creado moléculas que
funcionan junto a las naturales,

y pienso que esto indica
que cualquier molécula

que siga las leyes fundamentales
de la química y la física,

y pueda optimizarse,

puede cumplir las mismas funciones
que las moléculas de los seres vivos.

No hay nada mágico al respecto.

Y creo que sugiere que
la vida podría haber evolucionado

en muchas formas diferentes,

quizá similar, pero con otro tipo
de ADN, o quizá en seres sin ADN.

CA: ¿Qué tan probable crees que sea?

¿Sabemos acaso si los organismos
van a lucir como una molécula de ADN,

o como algo totalmente diferente
que pueda todavía autorreplicarse

y crear eventualmente organismos vivos?

FR: Pienso que si encontramos
una nueva forma de vida,

puede que ni siquiera la reconozcamos.

CA: Esta obsesión con la búsqueda
de planetas potencialmente habitables

que tengan agua y lo demás,
quizá sea una aspiración muy limitada.

FR: Si quieres encontrar
alguien con quien hablar, quizá no.

Pero si simplemente buscas cualquier
forma de vida, creo que es acertado,

creo que buscas vida bajo el poste de luz.

CA: Gracias por tu increíble charla.

(Aplausos)