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Un avance en biología sintética impulsa la segunda revolución industrial

Científicos consiguen producir en cadena diversas piezas de fábricas biológicas


La biología sintética es una disciplina dedicada al diseño de sistemas biológicos que no existen, para aplicaciones diversas. Pero cuenta con un obstáculo: la lentitud del desarrollo de las piezas necesarias para estos sistemas, que son auténticas fábricas en miniatura. Ahora, un avance realizado por científicos del Reino Unido, que consiste en crear dichas piezas en masa en el interior de tubos de ensayo en lugar de en células directamente, impulsará el desarrollo de nuevas máquinas moleculares.




Científicos, del Imperial College de Londres, en el Reino Unido, avanzan hacia una nueva revolución industrial gracias al desarrollo de un método que permite fabricar en masa las piezas de futuras fábricas biológicas.

Se espera que este tipo de fábricas lleguen a tener gran cantidad de aplicaciones: podrían ser usadas para mejorar los tratamientos farmacológicos, la extracción de minerales de las profundidades y la producción de biocombustibles, informa el Imperial College en un comunicado.

Las bacterias inofensivas pueden ser re-diseñado en fábricas microscópicas que podrían mejorar la salud del paciente
Paul Freemont, co-director del Centre for Synthetic Biology and Innovation de dicha institución y principal investigador del estudio, publicado por Nucleic Acids Research, afirma que: "Antes de la revolución industrial, la mayoría de los productos se hacían a mano, lo que suponía una fabricación más lenta, más cara y numéricamente más limitada. En biología sintética, nos encontramos en una coyuntura similar: actualmente hay que probar y construir cada pieza (de las fábricas biológicas) desde cero, lo que representa un proceso largo y lento. Con nuestro trabajo, hemos demostrado la ayuda que supondría un nuevo método que permitirá expandir rápidamente la producción y las pruebas, de cada parte biológica a utilizar".

Fabricación biológica en cadena

Estas piezas, hechas de ADN, ya habían sido rediseñadas por los científicos y añadidas a células, para construir las mencionadas fábricas biológicas. Sin embargo, un obstáculo importante en la biología sintética es la carencia de piezas para el desarrollo de nuevos tipos de fábricas.

Con el método tradicional, la creación de nuevas partes consume mucho tiempo porque los científicos tienen que rediseñar el ADN en una célula y observar cómo funciona. Si una pieza funciona en concordancia con sus especificaciones, los especialistas almacenan entonces sus características en un catálogo.

Los que han hecho los investigadores del Imperial College de Londres ha sido idear un sistema mucho más rápido que este, porque elimina la necesidad de rediseñar una célula cada vez que se quiera crear una pieza nueva.

El equipo afirma que su trabajo podría conducir a nuevos y extensos catálogos de componentes estándar, que podrían ser utilizados para construir fábricas biológicas más sofisticadas.

James Chappell, co-autor del estudio, señala por su parte que "uno de los principales objetivos de la biología sintética es encontrar la manera de industrializar nuestros procesos, para que se puedan producir estas fábricas biológicas en masa, del mismo modo que se hace en industrias como la del automóvil, en la que se producen vehículos en cadena”.

Chappell considera que este nuevo método podría desbloquear el potencial de este campo y permitir el desarrollo de dispositivos mucho más complejos, que podrían ser utilizados para mejorar diversos aspectos de la sociedad. “Nuestra investigación nos lleva un paso más cerca de esta realidad, al proporcionar una fórmula rápida de desarrollo de nuevas piezas ", asegura el investigador.

Piezas celulares listas en solo seis horas

Cuando una célula es rediseñada, su ADN reprogramado codifica un mensaje que es transmitido por moléculas de ácido ribonucleico mensajero (ARNm) a las fábricas de producción de la célula, los ribosomas.

Estos ribosomas traducen la información genética para que las células realicen determinadas funciones. Por ejemplo, los científicos han rediseñado ya a algunas células para que estas detecten infecciones. Gracias a este sistema, las células rediseñadas producen una proteína que identifica las señales químicas de bacterias patógenas humanas, y cambian de color para indicar la presencia de dichas bacterias.

En su estudio, los investigadores del Imperial College de Londres han demostrado por vez primera que este mismo sistema puede desarrollarse en un tubo de ensayo, fuera de las células.

El proceso consiste en extraer de las células la mecánica productora de ARNm y proteínas, y en proporcionar a estos componentes la energía y la capacidad para que sobrevivan dentro de tubos de ensayo. El equipo añadió ADN reprogramado a la solución y observó como funcionaba.

La ventaja de este sistema es que se pueden crear litros de este medio artificial similar al de la célula, para probar en él de forma simultánea múltiples fragmentos de ADN reprogramado, lo que aceleraría el proceso de producción de piezas a utilizar en fábricas biológicas.

Los científicos calculan que esta fabricación externa a la célula permitirá desarrollar nuevas piezas para fábricas biológicas microscópicas en solo seis horas.

La siguiente etapa de la investigación será ampliar los tipos de piezas y dispositivos que se pueden desarrollar con este método. Los científicos
también planean desarrollar un sistema robótico con el que se acelerará todo el proceso, gracias a su completa automatización.

Qué es la biología sintética

Richard Kitney, co-director del Centre for Synthetic Biology and Innovation, añade que: "El Gobierno británico considera que la biología sintética tiene el potencial para crear nuevas industrias y puestos de trabajo en beneficio de la economía del Reino Unido. Este trabajo es parte de un programa más amplio de investigación dentro del Centro, que busca el desarrollo de una tecnología útil para una amplia gama de aplicaciones industriales. "

En términos generales, la biología sintética se define como la síntesis de biomoléculas o ingeniería de sistemas biológicos con funciones nuevas que no se encuentran en la naturaleza. Se trata de una disciplina que, a diferencia de otras, no se basa en el estudio de la biología de los seres vivos, sino que posee como objetivo el diseño de sistemas biológicos que no existen.

Esta rama de la ciencia busca la creación de nuevos organismos programables, es decir, la creación de microorganismos a la carta que se comporten como pequeños ordenadores.

Además de las aplicaciones ya mencionadas, las fábricas biológicas podrían servir, en medicina, para reparar o regenerar tejidos, para la reprogramación celular o para conocer mejor las enfermedades y, por tanto, para desarrollar fármacos a la carta. En lo que se refiere al medio ambiente, las investigaciones de biología sintética se están dirigiendo en este sentido hacia el diseño de sistemas complejos y el rediseño de componentes biológicos inspirados en circuitos electrónicos para destinarlos a la eliminación de compuestos tóxicos o la descontaminación de los ecosistemas. En el sector energético se plantea la producción de bioenergía mediante microorganismos sintéticos, una posibilidad que se encuentra en sus primeras etapas de desarrollo.

Referencia bibliográfica:

James Chappell, Kirsten Jensen, and Paul S. Freemont. Validation of an entirely in vitro approach for rapid prototyping of DNA regulatory elements for synthetic biology. Nucl. Acids Res. (2013). DOI:10.1093/nar/gkt052.

Lunes, 4 de Febrero 2013
Imperial College London/T21
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