Breve historia de la biología sintética

Dibujo20140507 Examples of gene circuits - foundational years of synthetic biology 2000-2003 - nrmicro3239-f2

Impartí un curso (asignatura de libre configuración) de biología sintética para informáticos y soy coautor de algún artículo científico sobre esta materia, por ello me gusta ver publicada una historia de la biología sintética. Un campo del saber muy joven que nació en el año 2000 y que ya copa portadas de muchos medios (gracias a gurús como Craig Venter). Por ello te recomiendo leer (si tienes acceso al artículo) a D. Ewen Cameron, Caleb J. Bashor, James J. Collins, “A brief history of synthetic biology,” Nature Reviews Microbiology 12: 381-390, 01 Apr 2014. Permíteme un breve resumen para incentivar su lectura (y como sucedáneo para los que no tengan acceso).

Los autores sitúan la prehistoria (o los orígenes) de la biología sintética entre los años 1961 y 1999. Eligen el año 1961 por el famoso artículo de François Jacob y Jacques Monod sobre el operón lac en E. coli; su regulación génica se considera el primer ejemplo a estudiar en la mayoría de los libros de texto. Los avances en manipulación genética en las décadas de 1970 y 1980 permitieron entender los detalles de la regulación génica y proponer la posibilidad de una regulación (o control) artificial. La propuesta se hizo factible en la década de los 1990 gracias a la secuenciación automática de ADN y al desarrollo de nuevos modelos computacionales. A finales de la década de los 1990, un pequeño grupo de ingenieros, físicos e informáticos se acercaron a la biología molecular para probar suerte y explorar nuevos territorios.

La biología sintética se fundó entre los años 2000 y 2003. En enero del año 2000, J. J. Collins y sus colegas introdujeron el circuito génico llamado toggle switch (conmutador o interruptor) en E. Coli (lo publicaron en Nature). Todo un pistoletazo de salida para la carrera por emular circuitos electrónicos utilizando circuitos génicos, que dio lugar a la introducción del repressilator (también publicado en Nature en el año 2000) y a la demostración de una implementación de una puerta lógica NAND, que es una puerta universal en lógica combinatoria, es decir, que permite simular cualquier circuito (función booleana) mediante una red génica (publicado en Science en 2002).

Dibujo20140507 Examples of gene circuits - intermediate years synthetic biology 2004-2007 - nrmicro3239-f3La biología sintética dejó de ser un campo emergente y se consolidó entre los años 2004 y 2007. En el verano del año 2004 tuvo lugar la primera conferencia internacional de biología sintética (como no, en el MIT, Boston, EEUU). Allí nació la iniciativa que creó el banco de piezas de ADN (biobricks o bioladrillos). Pequeños circuitos génicos codificados en secuencias de ADN que (en teoría) se pueden insertar en cualquier organismo vivo. La idea es utilizar las células vivas (sobre todo bacterias) como fábricas y los bioladrillos como elementos de una cadena de montaje.

En el MIT también nació el proyecto iGEM (International Genetically Engineered Machine) que involucró a alumnos (multidisciplinares) de grado (undergraduate) en el desarrollo de nuevos circuitos génicos. En España, la pionera en participar en el iGEM fue la Universidad Politécnica de Valencia (colegas con quienes he realizado contribuciones en este campo). El impulso del MIT fue determinante para que muchos físicos, matemáticos e ingenieros nos introdujéramos en este campo (aunque yo de forma muy colateral). Los obstáculos eran formidables, pero la biología sintética prometía convertirse en pieza clave de la ingeniería metabólica usada en muchos procesos industriales (en la industria farmacéutica, alimentaria, petroquímica, etc.).

Dibujo20140507 Examples of gene circuits - most recent era synthetic biology 2008-2013 - nrmicro3239-f4

En la actualidad, entre los años 2008 y 2013, la biología sintética está de moda y se ha convertido en vox pópuli, copando noticias en muchos medios. Los avances técnicos llevaron a desarrollar circuitos génicos que utilizaban poblaciones de células que se comunican entre sí en lugar de células individuales (circuitos lógicos combinacionales implementados gracias a consorcios de células) y extendieron las aplicaciones de los procariotas (bacterias) a los eucariotas (células con núcleo). Muchos propuestas eran muy sugerentes (aunque poco prácticas), como una pantalla (display) de TV cuyos píxeles eran células con proteínas fosforescentes (propuesta de la UPV).

El gurú del campo, Craig Venter, cacareó a los cuatro vientos el desarrollo de la “vida sintética” en mayo de 2010. Si bien sólo se sintetizó en laboratorio una molécula de ADN muy larga y se introdujo en una bacteria, el avance fue determinante para el campo. La biología sintética dejó de ser un tópico que sólo aparecía en blogs como el mío para convertirse en tema de conversación a la hora del café. Ahora hasta la Fundación de Bill y Melinda Gates está financiando la investigación en biología sintética en farmacología.

Por supuesto, quedan muchas cuestiones fundamentales que aún no están resueltas. Pero la investigación básica está avanzando muy rápido y el número de aplicaciones industriales de la biología sintética no para de crecer. El futuro del campo es muy prometedor y en España hay muchos grupos realizando un trabajo muy bueno en este área. En especial hay que destacar la técnica de edición de genoma CRISPR, que podría curar muchas enfermedades cuyo origen son mutaciones genéticas.

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