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La biología sintética puede crear vida y hasta un hombre bionico, sin cerebro

07/11/2015 09:10 0 Comentarios Lectura: ( palabras)

Es un logro que podría permitir a los científicos "construir" nuevos sistemas biológicos y hasta bioprotesis para los humanos. Un equipo de investigadores ha construido proteínas artificiales que permiten el crecimiento de células vivas, para diseñar máquinas y sistemas estilo Star Trek

La biología sintética es una arma emergente en la investigación para diseñar componentes biológicos artificiales. También tiene aplicaciones en la medicina...El hombre hasta se ha atrevido a crear a Rex, acrónimo del término 'robotic exoeskeleton' exoesqueleto robótico aunque  después le rebautizaron  con el nombre de Frank, en un guiño a Frankenstein. Frank necesitaba un riñón y se lo donaron. Le hacía falta un páncreas... y consiguió uno. Lo mismo ocurrió con su corazón, la tráquea o los ojos. Frank no es exactamente una persona, tampoco es  un hombre biónico, aunque el documental "Cómo construir un hombre biónico". Viene a ser, en realidad, un espectacular escaparate con los últimos desarrollos en lo que a implantes y prótesis biónicas se refiere. Ha sido creado por la compañía británica Shadow Robo, el presidente de la empresa y su técnico Richard Walker  ha sorprendido al púbñico por la cantidad de órganos del cuerpo humano que se pueden crear en  laboratorio: más de un 60% de nuestro organismo ha sido creado artificialmente en el cuerpo de Frank. Tiene piernas capaces de andar, brazos, una tráquea, riñones, un corazón que bombea sangre artificial...

 

Cada una de sus partes ha sido fabricada en un rincón distinto del mundo: desde California hasta Nueva Zelanda, pasando por Alemania o Gran Bretaña. Y todas las técnicas están destinadas a utilizarse en un futuro como reemplazo de órganos enfermos o amputados en un cuerpo humano real. El precio globalde órganos alcanzaría, de no haber sido donados para el proyecto, un millón de dólares (algo más de 800.000 euros). En muchos casos se trata de prototipos en fase experimental. Y claro, de momento, Frank no está completo. Le falta un aparato digestivo y lo más importante de todo: el cerebro. Naturalmente, este gigante artificial de dos metros de altura solo funciona por medio de un ordenador respondiendo a las órdenes de un ser humano que lo controla

 

Tiene, eso sí, un rostro: el del psicólogo social de la Universidad de Zúrich Bertolt Meyer, protagonista del documental en el que él mismo relata el desarrollo de su versión biónica. La elección de Bertolt no ha sido casual. Nació en Hamburgo hace 34 años con una peculiaridad: le faltaba parte de su brazo izquierdo, que solo se desarrolló unos tres centímetros por debajo del codo. Prácticamente desde que nació, ha llevado una prótesis. Al principio era un añadido pasivo, cuya función era únicamente la de acostumbrar al pequeño a convivir con una parte ajena a su cuerpo.

Craig Venter  volvió a jugar a ser Dios. El científico que presentó hace ya  años el genoma humano en la Casa Blanca ante Bill Clinton dió después un paso más hacia la creación de vida. Tras más de 15 años de trabajo, él y su equipo  lograron fabricar en el laboratorio el ADN completo de la bacteria 'Mycoplasma mycoides' e introducirlo en otra célula recipiente de otra especie llamada 'Mycoplasma capricolum'.

Esta investigación publicada en la revista 'Science' puede parecer hoy un acontecimiento científico más. Pero lo cierto es que fue la primera vez que un investigador crea, con todas las implicaciones que esta palabra tiene, una forma de vida sintética, cuyo material genético procede de frascos de productos químicos.

Para lograrlo, los investigadores fabricaron en una máquina de su laboratorio todas y cada una de las unidades básicas del ADN de la bacteria 'Mycoplasma mycoides' y los ensamblaron como si se tratase de un Lego . Una vez montado el complicado puzzle, vaciaron una célula de otra especie de bacteria e introdujeron el código genético sintético en la célula recipiente.

Un salto en el árbol de la vida pero las implicaciones científicas, éticas y filosóficas de esta nueva investigación son infinitas.

En poco tiempo, el nuevo 'software genético' se adueñó de la bacteria y dentro de ella no quedó ni un sólo rasgo de la antigua especie. A partir de ese momento, sólo expresaba las proteínas de la bacteria sintetizada y sus características eran las que confería el código genético fabricado en el laboratorio. En pocos segundos se había transformado en una especie diferente.

 

Bacterias con el genoma sintético. | Science

 ¿Hemos definido bien la palabra Vida? Si pudiéramos mejorar el código genético humano, ¿Deberíamos hacerlo?. Podría ser peligroso.Jay Keasling, de la Universidad de California,   logró introducir un circuito genético para producir en la bacteria Escherichia coli un precursor químico de la artemisinina, fármaco usado contra la malaria. Y  la compañía LS9 modificó genéticamente a este mismo microorganismo para que produjera alcanos y alquenos, que son los constituyentes básicos de la gasolina, el diesel y la turbosina. Este trabajo demostró que es viable transferir entre organismos la capacidad de fabricarciertas proteínas y enzimas, lo cual abre la posibilidad de transformar carbohidratos en combustibles de bajo costo.

La nueva oficina, llamada Oficina de Tecnología Biológica, o BTO, servirá como centro de intercambio entre una Agencia de Proyectos de Investigación y los programas de investigación sobre el cerebro, biología sintética y epidemiología.

Éstas son algunas de las áreas de investigación de la BTO:

Cyborgs, Neurochips y Drones gobernados cerebralmente

Uno de los objetivos es conseguir  pilotar drones, aeronaves y robots directamente con el cerebro.

En 2010, el profesor de ingeniería eléctrica Deniz Erdogmus de la Northeastern University y varios investigadores, consiguieron controlar un robot aspirador Roomba usando pensamientos.En 2012, los investigadores chinos de la Universidad de Zhejiang utilizaron la electroencefalografía o EEG, para pilotar un pequeño drone.Estos son el tipo de avances en que sugieren que los pequeños drones controlados por el cerebro estan arrasando el mercado..Pero las señales de electroencefalografía aún no son suficientes para conseguir un pilotaje adecuado en operaciones de combate en tiempo real. Ello implicaría conseguir señales más claras y precisas procedentes del cerebro y eso significaría introducir los sensores electrónicos en el propio cerebro. Un desafío técnico de enorme complejidad, pero para el que ya se han dado los primeros pasos.

Un grupo de investigadores de Singapur han presentado recientemente una sonda neuronal que se puede integrar en el cerebro causando poco daño en las estructuras celulares.La terapia biológica usa organismos vivos, sustancias procedentes de organismos vivos o versiones producidas en el laboratorio de tales sustancias para tratar enfermedades. Algunas terapias biológicas para el cáncer usan vacunas o bacterias para estimular el sistema inmunitario del cuerpo para que actúe contra las células cancerosas. Estos tipos de terapia biológica, los cuales algunas veces se llaman colectivamente "inmunoterapia" o  "terapia modificadora de la respuesta biológica", no se apuntan directamente a las células cancerosas. Otras terapias biológicas, como los anticuerpos o segmentos de material genético (ARN o ADN), sí se apuntan directamente a células cancerosas. Las terapias biológicas que interfieren con moléculas específicas que participan en el crecimiento y evolución de tumores se llaman también terapias dirigidas. 

Para pacientes con cáncer, las terapias biológicas  se pueden usar para tratar el cáncer mismo o los efectos secundarios de otros tratamientos del cáncer. Aunque ya se han aprobado muchas formas de terapia biológica por la Administración de Alimentos y Drogas (FDA)-EA, otras son todavía experimentales y están disponibles para pacientes con cáncer principalmente por medio de participación en estudios clínicos (estudios de investigación en los que participan personas).Esto solo es el comienzo de las interfaces hombre-máquina.

Como si manipularan piezas del juego Lego, los científicos diseñan y ensamblan circuitos biológicos que no existen en la naturaleza. Con ellos buscan producir a bajo costo vacunas, fármacos, biocombustibles y nuevos materiales.

Un biotecnólogo se sienta frente a la pantalla de su computadora. Da un clic y ante él se despliegan decenas de páginas con bases de datos sobre microorganismos. Entre ellos selecciona una bacteria. Ahora accede a otra página repleta de información genética. Asistido por un programa de cómputo y como si editase un texto se dedica a copiar y pegar grupos de letras que representan fragmentos de ADN para dar forma a un novedoso diseño. Estos fragmentos en particular son circuitos genéticos, esto es, conjuntos de genes que dan lugar al “encendido” o “apagado” de otros genes.

Como un niño que manipula las piezas de un rompecabezas tipo Lego, el científico continúa con la selección y ensamblaje de combinaciones de circuitos genéticos que le permitirán armar un microorganismo “a la carta”, que no existe en la naturaleza y que podrá desarrollar funciones preprogramadas.Concluido el ensamblaje de genes el investigador lo usa en el laboratorio para producir el nuevo microorganismo con un propósito específico que puede ser detectar enfermedades genéticas o eliminar tumores malignos. Con los avances de la biología sintética esta escena ya no parece de ciencia-ficción.

A Craig se le acusó de estar jugando a Dios

Cabras y arañas

En 2012 investigadores de la Universidad Estatal de Utah, Estados Unidos, encabezados por Randy Lewis, anunciaron la culminación exitosa de un audaz experimento para producir auténticas quimeras vivientes: cabras a las que se les introdujo un gen de araña para que produjeran en su leche una proteína indispensable para fabricar tela de araña.Para producir telaraña a escala masiva se necesitaría criar y “ordeñar” millones de estos artrópodos. Pero el profesor de biología molecular Randy Lewis decidió probar una ruta más sencilla: cuando sus cabrarañas comenzaran a lactar, simplemente recolectaría y purificaría su leche para obtener la proteína deseada.

No podían faltar las críticas a éste y otros experimentos similares con animales transgénicos: muchos acusaron a Lewis de “jugar a ser dios”, como Craig Venter, o de alterar el orden natural. Lo cierto es que, con todo y su espectacularidad, los avances de la ingeniería genética podrían palidecer pronto ante la gama de posibilidades que está abriendo la biología sintética. Ahora la intención no es únicamente modificar o reconfigurar a los organismos existentes, sino diseñar —con el apoyo de programas de cómputo y la gran cantidad de información que deriva del auge explosivo de las ciencias genómicas— otros con características deseables, que pueden encontrarse o no en la naturaleza.

 

“En este campo no sólo se hacen pequeñas modificaciones en la información genética, sino que también se diseñan, manipulan, simulan e introducen circuitos genéticos a los organismos”, señalan Daniel Aguilar e Isabel Ángeles en su artículo “Biología sintética: diseñando sistemas biológicos con piezas genéticas”, publicado en la revista BioTecnologíaen 2012.Con este enfoque —según lo cinetíficos— “se están abordando distintos problemas tecnológicos como nuevas formas de síntesis y producción de biocombustibles, biofármacos y nanoestructuras”.

 

En México también hay grupos que han inggresado en esta disciplina. Es el caso del Laboratorio de Biología Sintética y Biosistemas del Centro de Investigación y Estudios Avanzados (Cinvestav) Unidad Irapuato. En este laboratorio, según explica en entrevista su titular, Agustino Martínez Antonio, se siguen líneas de investigación enfocadas a conocer cómo funcionan los circuitos genéticos y a hacer ingeniería con esas piezas.

“Queremos obtener los elementos mínimos para hacer un sistema autorreplicable; es decir, una molécula de ADN con los genes necesarios para que se forme una proteína o un complejo de proteínas y pueda hacer copias, como un robot que se autoensambla, pero a nivel molecular”En un logro  que podría permitir a los científicos "construir" nuevos sistemas biológicos. Un equipo de investigadores ha construido por primera vez proteínas artificiales que permiten el crecimiento de células vivas. El equipo de investigadores, de la Universidad de Princeton, creó secuencias genéticas que no existen de forma natural en nuestro planeta, y ha demostrado que es posible elaborar sustancias que sustenten la vida en las células, casi tan fácilmente como lo hacen las proteínas generadas de manera natural.

 

Este nuevo trabajo representa un avance significativo en la biología sintética, un área emergente de investigación en la que los científicos trabajan para diseñar y fabricar componentes y sistemas biológicos que no existen de modo natural en la Tierra. Uno de los objetivos de esta línea de investigación es desarrollar un genoma del todo artificial, basado en complejísimos patrones de productos químicos.

Este trabajo de la Universidad de Princeton sugiere que es viable construir genomas artificiales capaces de sustentar células vivas. 

Casi todo el trabajo previo en biología sintética se ha centrado en la reorganización de componentes biológicos procedentes de organismos naturales. En cambio, los resultados logrados por el equipo de Michael Hecht muestran que las funciones biológicas pueden ser proporcionadas por macromoléculas diseñadas en el laboratorio en vez de provenir de la naturaleza.Hecht y sus colaboradores se propusieron crear proteínas artificiales codificadas por secuencias genéticas que no existen de modo natural, que se sepa, en nuestro planeta. Produjeron aproximadamente un millón de secuencias de aminoácidos diseñadas para plegarse en estructuras tridimensionales estables.

Una vez que los científicos crearon esta nueva biblioteca de proteínas artificiales, las insertaron en distintas cepas mutantes de bacterias a las que antes se privó de ciertos genes naturales. Los genes naturales eliminados son necesarios para la supervivencia bajo ciertas condiciones, incluyendo la de tener un suministro precario de nutrientes.Bajo estas duras condiciones, las cepas de bacterias que carecían de tales genes, y no recibieron los artificiales, murieron. En cambio, varias cepas diferentes de bacterias sin esos genes naturales, que deberían haber muerto también, sobrevivieron gracias a las nuevas proteínas diseñadas en el laboratorio.

Una de las cosas más asombrosas de este trabajo, tal como subraya Michael Fisher, otro miembro del equipo de investigación, es que la información codificada en estos genes artificiales es del todo nueva. No procede de la información codificada por los genes naturales de nuestro mundo, ni está significativamente relacionada con ellos, y sin embargo, el resultado final es un microbio vivo y funcional.

También conocida como synbio, la biología sintética va más allá de la ingeniería genética para crear vida de la nada al combinar biología de nanoescala, computación e ingeniería.''Usando una computadora tipo laptop, información pública de secuencias genéticas y ADN sintético ordenado por correo, prácticamente cualquiera tiene el potencial para construir genes o genomas enteros de la nada'', informó el Grupo ETC en un informe reciente. ''En el corazón de la biología sintética yace la creencia de que todas las partes de la vida pueden hacerse sintéticamente (es decir, mediante la química), que pueden diseñarse con ingeniería y ensamblarse para producir organismos funcionantes.''Un pequeño pero creciente número de científicos-empresarios se están montando en el tren synbio y formando compañías con fondos públicos y capital de riesgo, como LS9, Amyris y Codon Devices. Sostienen que la biología sintética se puede utilizar para crear organismos artificiales que harán de todo, desde erradicar la malaria hasta producir combustible

“''Amyris Biotechnologies” está traduciendo la promesa de la biología sintética en soluciones para problemas en el mundo real. Partiendo de adelantos en la biología molecular, celular y de sistemas, estamos diseñando microbios capaces de producir compuestos de alto valor para atender grandes retos globales de salud y energía. Estamos empleando estas factorías químicas vivientes para producir fármacos novedosos, combustibles renovables y sustancias químicas especializadas'', dice la compañía Amyris Biotechnologies en su página web.La investigación y contol de nuevas formas de vida entraña complejidades enormes: primero las éticas, ¿Cómo podría evitarse su liberación accidental al ambiente o cómo podrían evaluarse los efectos de su liberación intencional? ¿Quién los va a controlar, y cómo? ¿Cómo se fiscalizará la investigación? ¿Deberíamos rediseñar la vida de esta manera cuando los cuestionamientos ambientales y en torno a la seguridad humana son tan vastos ¿Quién debería decidir?.

El objetivo de esta nueva ciencia es diseñar componentes o sistemas que no existen de forma natural. El campo en la medicina es inmenso y hacer avances hacia un farmaco contra el virus del Sida(VIH)

''El uso creciente de combustibles fósiles contribuye a los retos ambientales de cambio climático global; contaminación del aire, agua y suelos; y la pérdida de diversidad biológica'', dice la página web de Synthetic Genomics. ''Estamos desarrollando estrategias novedosas basadas en la genómica para atender retos globales energéticos y ambientales. Adelantos recientes en el campo de la genómica sintética presentan aplicaciones aparentemente ilimitadas que podrían revolucionar la producción de energía, sustancias químicas y fármacos, y facilitar el secuestro de carbono y la remediación ambiental... Nos hallamos en una posición única para detonar una revolución biológica industrial, y comprometidos para abrir las llaves a un futuro de energía limpia mediante la genómica.'

La Universidad Autónoma de San Luis Potosí (UASLP), desarrolla una proteína sintética, capaz de estimular la respuesta inmunológica dirigida a las regiones conservadas que utiliza el Virus de Inmunodeficiencia Humana (VIH), causante del sida, para reconocer a los receptores de las células que infecta, así como hacia las que son reconocidas por anticuerpos neutralizantes.

El agente infeccioso  tiene estrategias para evadir el sistema inmune y mermar el organismo, hasta dejarlo vulnerable a todo tipo de infecciones y enfermedades. Puede mantenerse latente por años o mutar su forma, al integrarse al ADN de las células huésped.

Para combatirlo, trabajan en identificar las regiones que, por más que modifique su estructura, requiere para fusionarse a sus blancos e invadirlos. Si logra bloquearlas por medio de anticuerpos neutralizantes, se evitaría la infección. “Asimismo, si conseguimos inducir respuestas celulares específicas, los linfocitos TCD8 serían capaces de identificar a las células infectadas y lanzarles una ofensiva directa para eliminarlas”, detalló Leticia Moreno Fierros.

 

 


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