Células mínimas artificiales: Creando vida suficiente para la investigación médica

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  Previsión Quantumrun
• 23 de diciembre de 2022

Resumen de información

Al explorar los elementos esenciales de la vida, los científicos han estado reduciendo los genomas para crear células mínimas, revelando las funciones centrales necesarias para la vida. Estos esfuerzos han dado lugar a descubrimientos y desafíos inesperados, como formas celulares irregulares, lo que ha impulsado un mayor refinamiento y comprensión de los elementos genéticos esenciales. Esta investigación allana el camino para avances en biología sintética, con aplicaciones potenciales en el desarrollo de fármacos, el estudio de enfermedades y la medicina personalizada.

Contexto de células mínimas artificiales

Las células mínimas artificiales o la minimización del genoma es un enfoque práctico de biología sintética para comprender cómo las interacciones entre genes esenciales dan lugar a procesos fisiológicos vitales. La minimización del genoma utilizó un método de diseño-construcción-prueba-aprendizaje que se basó en la evaluación y combinación de segmentos genómicos modulares e información de la mutagénesis de transposones (el proceso de transferencia de genes de un huésped a otro) para ayudar a guiar las eliminaciones de genes. Este método redujo el sesgo al encontrar genes esenciales y les dio a los científicos las herramientas para cambiar, reconstruir y estudiar el genoma y lo que hace.

En 2010, científicos del Instituto J. Craig Venter (JVCI), con sede en EE. UU., anunciaron que habían eliminado con éxito el ADN de la bacteria Mycoplasma capricolum y lo habían reemplazado con ADN generado por computadora basado en otra bacteria, Mycoplasma mycoides. El equipo tituló su nuevo organismo JCVI-syn1.0, o 'Synthetic', para abreviar. Este organismo fue la primera especie autorreplicante en la Tierra que consistía en padres informáticos. Fue creado para ayudar a los científicos a comprender cómo funcionaba la vida, comenzando desde las células hacia arriba. 

En 2016, el equipo creó JCVI-syn3.0, un organismo unicelular con menos genes que cualquier otra forma conocida de vida simple (solo 473 genes en comparación con los 1.0 genes de JVCI-syn901). Sin embargo, el organismo actuó de manera impredecible. En lugar de producir células sanas, creó otras con formas extrañas durante la autorreplicación. Los científicos se dieron cuenta de que habían eliminado demasiados genes de la célula original, incluidos los responsables de la división celular normal. 

Impacto disruptivo

Determinados a encontrar un organismo sano con la menor cantidad de genes posible, los biofísicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) remezclaron el código JCVI-syn3.0 en 2021. Pudieron crear un nueva variante llamada JCVI-syn3A. Aunque esta nueva célula solo tiene 500 genes, se comporta más como una célula normal gracias al trabajo de los investigadores. 

Los científicos están trabajando para desmantelar la célula aún más. En 2021, un nuevo organismo sintético conocido como M. mycoides JCVI-syn3B evolucionó durante 300 días, demostrando que puede mutar en diferentes circunstancias. Los bioingenieros también son optimistas de que un organismo más aerodinámico pueda ayudar a los científicos a estudiar la vida en su nivel más básico y comprender cómo avanzan las enfermedades.

En 2022, un equipo de científicos de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, JVCI y la Technische Universität Dresden, con sede en Alemania, crearon un modelo informático de JCVI-syn3A. Este modelo podría predecir con precisión el crecimiento y la estructura molecular de su análogo de la vida real. A partir de 2022, fue el modelo de célula entera más completo que haya simulado una computadora.

Estas simulaciones pueden proporcionar información valiosa. Estos datos incluyen el metabolismo, el crecimiento y los procesos de información genética a lo largo de un ciclo celular. El análisis ofrece información sobre los principios de la vida y cómo las células consumen energía, incluido el transporte activo de aminoácidos, nucleótidos e iones. A medida que la investigación celular mínima continúa creciendo, los científicos pueden crear mejores sistemas de biología sintética que se pueden usar para desarrollar medicamentos, estudiar enfermedades y descubrir terapias genéticas.

Implicaciones de las células mínimas artificiales

Las implicaciones más amplias del desarrollo de células mínimas artificiales pueden incluir: 

• Más colaboraciones globales para crear sistemas de vida reducidos pero funcionales para la investigación.
• Mayor aprendizaje automático y uso de modelos informáticos para mapear estructuras biológicas, como células sanguíneas y proteínas.
• Biología sintética avanzada e híbridos de máquina y organismo, incluidos cuerpos en un chip y robots vivos. Sin embargo, estos experimentos pueden recibir quejas éticas de algunos científicos.
• Algunas empresas biotecnológicas y biofarmacéuticas invierten mucho en iniciativas de biología sintética para acelerar el desarrollo de medicamentos y terapias.
• Mayor innovación y descubrimientos en la edición genética a medida que los científicos aprenden más sobre los genes y cómo se pueden manipular.
• Regulaciones mejoradas sobre investigación biotecnológica para garantizar prácticas éticas, salvaguardando tanto la integridad científica como la confianza pública.
• Aparición de nuevos programas educativos y de formación centrados en la biología sintética y las formas de vida artificiales, dotando a la próxima generación de científicos de habilidades especializadas.
• Cambio en las estrategias sanitarias hacia la medicina personalizada, utilizando células artificiales y biología sintética para tratamientos y diagnósticos a medida.

Preguntas a considerar

• Si trabaja en el campo de la biología sintética, ¿cuáles son los otros beneficios de las células mínimas?
• ¿Cómo pueden las organizaciones e instituciones trabajar juntas para hacer avanzar la biología sintética?