Las células con genoma sintético minimalista se someten a una división celular normal

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En 2010 se informó por primera vez de la existencia de células con genoma sintetizado totalmente artificial, de las que se derivó una célula con genoma minimalista que mostraba una morfología anormal tras la división celular. La reciente adición de un grupo de genes a esta célula minimalista restauró la división celular normal

Las células son las unidades estructurales y funcionales básicas de la vida, una teoría propuesta por Schleiden y Schwann en 1839. Desde entonces, los científicos se han interesado por comprender las funciones celulares tratando de descifrar el código genético en su totalidad para entender cómo la célula crece y se divide para dar lugar a más células de un tipo similar. Con la llegada de la secuenciación del ADN, ha sido posible descifrar la secuencia del genoma, con lo que se ha intentado entender los procesos celulares para comprender la base de la vida. En el año 1984, Morowitz propuso el estudio de los micoplasmas, las células más simples capaces de crecer de forma autónoma, para comprender los principios básicos de la vida.  

Desde entonces, se han realizado varios intentos para reducir el tamaño del genoma a un número mínimo que dé lugar a una célula capaz de realizar todas las funciones celulares básicas. Los experimentos condujeron por primera vez a la síntesis química del genoma de Mycoplasma mycoides de 1079 Kb en el año 2010 y se denominó JCVI-syn1.0. Otras deleciones realizadas en JCVI-syn1.0 por Hutchinson III et al. (1) dieron lugar a JCVI-syn3.0 en 2016, que tenía un genoma de 531 Kb con 473 genes y un tiempo de duplicación de 180 minutos, aunque con una morfología anormal tras la división celular. Todavía tenía 149 genes con funciones biológicas desconocidas, lo que sugiere la presencia de elementos aún no descubiertos que son esenciales para la vida. Sin embargo, JCVI-syn3.0 proporciona una plataforma para investigar y comprender las funciones de la vida aplicando los principios del diseño del genoma completo. 

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Recientemente, el 29 de marzo de 2021, Pelletier y sus colegas (2) utilizaron el JCVI syn3.0 para comprender los genes necesarios para la división celular y la morfología introduciendo 19 genes en el genoma del JCVI syn3.0, dando lugar al JCVI syn3.0A que tiene una morfología similar al JCVI syn1.0. al producirse la división celular. De estos 19 genes, 7 incluyen dos genes conocidos de división celular y 4 genes que codifican proteínas asociadas a la membrana de función desconocida, que en conjunto restauraron el fenotipo similar al de JCVI-syn1.0. Este resultado sugiere la naturaleza poligénica de la división celular y la morfología en una célula genómicamente mínima.  

Dado que el JCVI syn3.0 es capaz de sobrevivir y multiplicarse gracias a su genoma minimalista, puede utilizarse como organismo modelo para crear diferentes tipos de células con funciones variadas que pueden ser beneficiosas para el ser humano y el medio ambiente. Por ejemplo, se pueden introducir genes que conduzcan a la disolución de plásticos, de modo que el nuevo organismo creado pueda utilizarse para la degradación de plásticos de forma biológica. Del mismo modo, se puede prever la adición de genes relacionados con la fotosíntesis en el JCVI syn3.0 para que sea capaz de utilizar el dióxido de carbono de la atmósfera, reduciendo así sus niveles y ayudando a reducir el calentamiento global, uno de los principales problemas climáticos a los que se enfrenta la humanidad. Sin embargo, estos experimentos deben realizarse con la máxima precaución para garantizar que no se libere un superorganismo en el medio ambiente que sea difícil de controlar una vez liberado. 

No obstante, la idea de tener una célula con un genoma minimalista y su manipulación biológica puede llevar a la creación de tipos celulares variados con diversas funciones capaces de resolver los principales problemas a los que se enfrenta la humanidad y su supervivencia final. Sin embargo, existe una distinción entre la creación de una célula completamente sintética y la creación de un genoma funcionalmente sintético. Una célula artificial ideal completamente sintética consistiría en un genoma sintetizado junto con componentes citoplasmáticos sintetizados, una hazaña que a los científicos les encantaría conseguir más pronto que tarde en los próximos años, a medida que los avances tecnológicos alcancen su punto álgido.  

El reciente avance podría suponer un paso adelante en la creación de una célula totalmente sintética capaz de crecer y dividirse. 

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Referencias:  

  1. Hutchison III C, Chuang R., et al 2016. Diseño y síntesis de un genoma bacteriano mínimo. Ciencia 25 Mar 2016: Vol. 351, número 6280, aad6253 
    DOI: https://doi.org/10.1126/science.aad6253   
  1. Pelletier JF, Sun L., et al 2021. Requisitos genéticos para la división celular en una célula genómicamente mínima. Cell. Publicado: 29 de marzo de 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.008 

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