Qué es la genómica sintética: definición, técnicas y aplicaciones
Genómica sintética: descubre su definición, técnicas innovadoras y aplicaciones — desde biofabricación y terapias hasta biocombustibles y biotecnología personalizada.
La genómica sintética es una rama avanzada de la ingeniería genética dedicada al diseño y construcción de material genético novedoso que no existe (o no existía) en la naturaleza. A diferencia de las aproximaciones clásicas que manipulan genes existentes, la genómica sintética puede crear secuencias de pares de bases diseñadas a medida y ensamblarlas en genomas completos o en partes funcionales nuevos. Este enfoque incluye la posibilidad, a futuro, de emplear códigos genéticos distintos al natural y bases no estándar, y de reescribir la información hereditaria más allá de las cuatro bases convencionales del ADN.
Técnicas y herramientas principales
La genómica sintética combina métodos de biología molecular, síntesis química, informática y robótica. Entre las técnicas más utilizadas figuran:
- Síntesis de ADN a gran escala: fabricación de oligonucleótidos y fragmentos largos de ADN con alta precisión y a costes decrecientes.
- Ensamblaje de fragmentos: métodos como la recombinación en levadura, ensamblajes enzimáticos (por ejemplo, Gibson) y estrategias modulares que permiten unir fragmentos superpuestos para formar genomas completos.
- Edición y transferencia genómica: herramientas de edición genética (p. ej. CRISPR) para modificar secuencias y técnicas de trasplante de genoma para introducir genomas sintéticos en células receptoras.
- Diseño computacional y modelado: uso de software para diseñar secuencias, predecir plegamiento de proteínas y optimizar caminos metabólicos antes de su construcción física (relacionado con el estudio del plegamiento de las proteínas).
- Biología sintética y biofoundries: plataformas automatizadas y de alto rendimiento que integran diseño, construcción y caracterización para acelerar ciclos de diseño-construcción-prueba-aprendizaje.
Ejemplos históricos y grupos relevantes
Un ejemplo temprano y notable es el trabajo del Instituto J. Craig Venter, dirigido por Craig Venter, Clyde A. Hutchison III y Hamilton Smith. El grupo mostró la viabilidad de ensamblar genomas bacterianos a partir de fragmentos superpuestos: reunieron un genoma bacteriano semisintético de Mycoplasma genitalium mediante la recombinación de 25 fragmentos superpuestos. En sus palabras:
"El uso de la recombinación en levadura simplifica enormemente el ensamblaje de grandes moléculas de ADN a partir de fragmentos tanto sintéticos como naturales".
Posteriormente, el equipo de Venter y colaboradores desarrollaron el famoso genoma sintético de Mycoplasma mycoides (conocido como JCVI-syn1.0), que fue trasplantado a una célula receptora para crear una célula controlada por un genoma químicamente sintetizado. Además, los genetistas han fabricado el primer cromosoma sintético para la levadura, sustituyendo genes del cromosoma original por versiones sintéticas e integrando el cromosoma artificial con éxito en una célula de levadura. Proyectos como el consorcio Sc2.0 buscan construir cromosomas de levadura completamente sintéticos y añadir mecanismos de reorganización controlada (SCRaMbLE) para explorar la función de los genomas.
Varias empresas han nacido para explotar aplicaciones comerciales: además de Synthetic Genomics (citada en la actividad industrial), hoy existen biotecnológicas que aplican genómica sintética a la producción de fármacos, químicos, materiales y alimentos.
Aplicaciones prácticas
Las posibilidades de la genómica sintética son amplias y abarcan sectores industriales, sanitarios y ambientales. Entre las aplicaciones más relevantes:
- Medicina y farmacéutica: producción de vacunas, terapias celulares, bacterias o virus modificados benignamente para uso terapéutico, y diseño de proteínas o anticuerpos novedosos.
- Biocombustibles y química verde: creación de microorganismos que conviertan biomasa en combustibles o productos químicos de alto valor con mayor eficiencia.
- Agricultura: desarrollo de cultivos o microorganismos que mejoren la nutrición, resistencia a estrés o control biológico de plagas.
- Materiales y biomanufactura: diseño de biomoléculas y polímeros biológicos con propiedades específicas (por ejemplo, adhesivos, fibras o biosensores).
- Bioremediación: organismos capaces de degradar contaminantes ambientales o recuperar metales valiosos.
- Investigación básica: construcción de genomas mínimos para estudiar los requisitos esenciales de la vida y entender redes genéticas y metabólicas.
Riesgos, bioseguridad y aspectos éticos
La genómica sintética plantea desafíos importantes de seguridad y ética:
- Riesgo dual: las mismas técnicas que pueden crear soluciones útiles también podrían emplearse para diseñar agentes patógenos. Por ello existe preocupación por el acceso a secuencias peligrosas y la democratización de la tecnología.
- Contención y liberación accidental: la liberación accidental o intencional de organismos modificados requiere normas estrictas de contención, evaluación de riesgos y planes de mitigación.
- Impacto ecológico: los organismos diseñados pueden interactuar con ecosistemas de formas imprevisibles; es necesario evaluar efectos a largo plazo.
- Ética y gobernanza: cuestiones sobre propiedad intelectual, consentimiento social, equidad en el acceso a beneficios y regulación internacional demandan marcos participativos y transparentes.
Para mitigar riesgos se proponen medidas como evaluaciones de riesgo rigurosas, normas de bioseguridad, vigilancia de síntesis de ADN, formación responsable, y cooperación internacional en regulación y vigilancia.
Perspectivas futuras
El campo avanza rápidamente: la caída del coste de síntesis, mejores algoritmos de diseño (incluido el modelado del plegamiento de proteínas), plataformas automatizadas y el desarrollo de bases y códigos genéticos alternativos abren posibilidades antes inimaginables. A medio plazo veremos más aplicaciones industriales y médicas prácticas; a largo plazo, la capacidad de reescribir y ampliar la vida plantea preguntas científicas profundas y retos sociales que exigirán diálogo público, regulación responsable y cooperación internacional.
En resumen, la genómica sintética es una disciplina poderosa con gran potencial para transformar la biotecnología y la medicina, pero su desarrollo exige una atención continua a la seguridad, la ética y la gobernanza.
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es la genómica sintética?
R: La genómica sintética es un tipo de ingeniería genética que crea genes que no se dan en la naturaleza. No utiliza genes naturales, sino que puede utilizar series de pares de bases diseñadas a medida.
P: ¿Cómo funciona la genómica sintética?
R: La genómica sintética utiliza técnicas de la investigación genética para crear largas cadenas de pares de bases de forma barata y precisa a gran escala. Esto permite a los investigadores experimentar con genomas que no existen en la naturaleza. También se utilizan ideas procedentes del plegamiento de proteínas e instalaciones informáticas de alto nivel.
P: ¿Quién lidera la investigación en este campo?
R: El equipo del Instituto J. Craig Venter, formado por unos 20 investigadores, está dirigido por el premio Nobel Hamilton Smith, el investigador del ADN Craig Venter y el microbiólogo Clyde A. Hutchison III.
P: ¿Qué ha conseguido hasta ahora el grupo Venter?
R: El grupo Venter ha reunido un genoma bacteriano semisintético de Mycoplasma genitalium mediante la recombinación de 25 fragmentos superpuestos en un solo paso utilizando la tecnología de recombinación de la levadura. Además, los genetistas han fabricado el primer cromosoma sintético para la levadura sustituyendo los genes del cromosoma original por versiones sintéticas e integrándolo en una célula de levadura con éxito.
P: ¿Existen aplicaciones comerciales para los genomas diseñados a medida?
R: Sí, se han creado empresas como Synthetic Genomics para aprovechar los numerosos usos comerciales de los genomas diseñados a medida.
P: ¿Qué tipo de experimentos pueden realizarse con la genómica sintética?
R: Se pueden hacer experimentos con genomas que no existen en la naturaleza utilizando técnicas de genómica sintética como la creación de cadenas de pares de bases largas de forma barata y precisa a gran escala o la recombinación de 25 fragmentos superpuestos en un solo paso utilizando la tecnología de recombinación de la levadura.
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