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Los diez grandes retos de la vida sintética

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Un equipo Internacional de Investigadores ha elaborado un informe detallado con las enormes ventajas para la biotecnología y, por ende, para la humanidad que tendría crear organismos completamente artificiales, diseñados para satisfacer necesidades, algunas de las cuales consideramos tan imposibles de satisfacer que ni sabemos que las tenemos.
La construcción de la vida artificial es uno de los principales retos científicos de la era de la biología sintética. El objetivo de construir la primera célula artificial es ya una posibilidad real lo que sería un hito científico y el punto de partida de una amplia gama de aplicaciones, desde la producción de biocombustibles hasta el diseño de fármacos

Los biólogos están tratando de desarrollar “vida artificial”, tanto por sus enormes aplicaciones en la biotecnología y como una forma de arrojar luz sobre la cuestión de los orígenes de la vida.

Algunos trabajos, como el llevado a cabo por Aaron M. Leconte y sus colaboradores de la Universidad  de la Jolla (California) en los que crearon nuevos nucleótidos con los que ampliar el alfabeto de 4 Adenina, Tianina, Guanina y Citosina en los que se basa el código de ADN, demostraron que un código genético artificial podría servir para albergar más información que los existentes en la naturaleza y serviría para crear proteínas que ningún ser vivo ha sido capaz de fabricar.

Discovery, Characterization, and Optimization of an Unnatural Base Pair for Expansion of the Genetic Alphabet.

Sin embargo, para llegar a crear organismos, completamente diseñados en un laboratorio hará falta superar diez obstáculos fundamentales:

1-Llegar a unconsenso sobregenomas sintéticos

Un sistema vivo mínimo consta de un componente de información, un componente metabólico y un recipiente de mantenimiento de ambos componentes, vinculados entre sí
La “receta” para hacer de abajo a arriba un organismo basado en un mínimo de auto-que evolucione requiere:
(1) un sistema de información heredable que se replique y que controle
(2) un sistema metabólico que convierta recursos en piezas de construcción junto con
(3) un contenedor para la localización de los genes y el metabolismo, así como la captación de recursos y la replicación del sistema a través de la división.
Las mayores trabas serían:
(a) auto-ensamblaje de los componentes en un proto-organismo;
(b) la absorción o fusión de los recursos en el recipiente (alimentación);

(c)  Contenedores asociados de replicación del sistema de información (replicación de los genes);
(d) la transformación metabólica de los recursos en los piezas de construcción (crecimiento), así como
e) la división del proto-organismo en dos o más  copias fértiles.

2- Creando desde cero

Un sistema mínimo de vida tiene que ser capaz de procesar los recursos que tenga a su alcance y transformarlos en sus propias piezas de construcción para crecer y dividirse

3- Aprendiendo de la naturaleza

Hay un número mínimo de características o funciones necesarias para mantener una célula viva que están en relación con un entorno particular.

4- Afinar y hacer realidad el concepto de chásis biológico.

El concepto de un chasis genético, sobre el cual se construirían diversos sistemas artificiales, en los que el código genético actuaría como un circuito integrado es uno de los más difíciles de hacer realidad

5 – Fabricación de los sistemas biolgógicos

La palabra ortogonal, tomada prestada de las matemáticas, aquí resumiría la necesidad de que todos los sistemas de la célula actúen con una cierta independencia de manera que funcionen sea cual sea el programa genético que se le de a la célula.

6- La superación de las limitaciones físicas y químicas

Varios factores físicos plantean problemas importantes para que la envoltura de una célula sintética pueda ser funcional y, por lo tanto, es necesario abordar, en particular, estrategias destinadas a la construcción de las células de novo con la bioquímica y diseños similares a los de las células naturales. Por ejemplo, la forma de la célula es esencial ya que, en la mayoría de los casos, la relación de volumen respecto a la superficie influye en la expresión génica. La presión osmótica y el gradiente electroquímico también han de tenerse en cuenta.
Una limitación adicional está ligada a la propia naturaleza de los componentes químicos de la célula. Muchos intermediarios metabólicos son altamente reactivos y que pueden dar lugar a reacciones secundarias no deseadas. Esta es la raíz de muchos procesos de envejecimiento. Muchos organismos eucariotas han utilizado la compartimentación en los orgánulos para resolver este obstáculo
Hay también  limitaciones asociadas con la capacidad de la célula para perpetuarse.

7- De los modelos a las células y la de vuelta al modelo
La Materia viva coordina el metabolismo  (por ejemplo, la producción de energía a través del catabolismo y el uso de la energía para construir estructuras celulares a través de anabolismo), el almacenamiento y procesamiento de información (por ejemplo, la transcripción del ADN, la traducción del ARNm, etc), así como los procesos de compartimentación y entidades (por ejemplo, células formación de la pared, el transporte de membrana, etc), cada uno con sus propias escalas de longitud, tiempo, energía y masa. Estas escalas muy diferentes plantean retos enormes para el modelado y la simulación computacional, no muy diferente de las dificultades a escala múltiple que se encuentran en la modelización del clima ..

8- La replicación y la reproducción
Freeman  demostró  convincentemente que, mientras que con la reproducción (hacer una copia similar) se pueden acumular nueva información, la replicación (hacer una copia idéntica) está condenada a acumular errores.

9- Hacia una estrategia de diseño integrado de organismos sintéticos

La selección natural ha demostrado, sobradamente, ser capaz de crear organismos con la máxima complejidad  que de forma natural se puede alcanzar

Las estrategias de selección tales como la evolución dirigida, la evolución de adaptación y otros enfoques darwinianos podría dar lugar a una aceleración exponencial de la consecución de formas de vida artificiales.
10 – Acompasar el desarrollo científico con la información a la opinión pública
La experiencia sobre la percepción pública de los alimentos genéticamente modificados, especialmente en Europa, debe servir de lección para la implementación de una plataforma sólida de información que debe ir de la mano con el desarrollo de sistemas sintéticos. La asociación por la opinión pública entre la Biología Sintética (SB) y la biotecnología que se espera. Por otra parte, el nombre mismo de la disciplina, la biología sintética, parece haber sido calculada para producir una fuerte reacción negativa (http://www.synbiosafe.eu/). De hecho, la referencia a la muy reciente “creación” de una bacteria sintética en primer lugar, a pesar de su artificialidad limitada y su evidente falta de peligro, ha provocado una reacción negativa sin precedentes. Sería un error olvidar que los principales peligro están asociados a la los organismos naturales. Gritar “que viene el lobo” sin cerciorarse de que está ahí siempre ha traído malas consecuencias cuando el verdadero depredador ha aparecido.

Fuente: Editorial Springer

Systems and synthetic biology

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Written by Cibervórtice

mayo 18, 2012 a 11:23 pm

Publicado en Biotecnología

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