Syn61: bio-ingenieros británicos crean una bacteria con un código genético totalmente sintético

Wikimedia Commons

Biólogos británicos han creado una cepa de Escherichia coli cuyo genoma se ha sintetizado completamente de nuevo. Al mismo tiempo, los tres codones de su genoma fueron reemplazados completamente por sinónimos, reduciendo así el código genético de 64 a 61 posiciones. Si el genoma del primer organismo sintético contenía "solo" un millón de pares de bases, esta vez fue posible superar esta cifra cuatro veces, afirman los autores en Nature.

En 2010, el equipo de Craig Venter anunció la creación del primer organismo con un genoma completamente sintético. El organismo era una cepa de la bacteria Mycoplasma mycoides, que se obtuvo al introducir en la célula receptora un cromosoma sintetizado completamente in vitro. El tamaño del cromosoma sintético era de poco más de un millón de pares de bases y después de este experimento, los biólogos también pudieron sintetizar y ensamblar varios cromosomas de levadura artificial de tamaño comparable.

Syn61

Ahora, un equipo de científicos del Laboratorio de Cambridge de Biología Molecular bajo la dirección de Jason Chin crearon una cepa de E. coli con un cromosoma sintetizado de 4 millones de pares de bases. Ensamblar un genoma tan grande fue posible porque se hizo en partes directamente en las células huésped, gracias a la capacidad del E. coli para recombinar el ADN con alta eficiencia.

Para sintetizar y ensamblar fragmentos, el genoma de la cepa MDS42 de E. coli se dividió en 37 fragmentos superpuestos, cada uno un poco más grande que 100 mil pares de bases. Cada pieza de este tipo se recolectó de piezas más pequeñas mediante recombinación en células de levadura (tal como se hizo en el trabajo de Venter).

Los fragmentos sintéticos resultantes se insertaron en plásmidos en células MDS42 y, utilizando un método REXER modificado basado en una recombinación homóloga, obligaron a las células huésped a intercambiar un fragmento de su cromosoma por un fragmento sintético. Y después de varias rondas de recombinación, los científicos obtuvieron siete cepas diferentes que contenían siete grandes porciones del cromosoma sintético como parte de su genoma.

Luego, se indujo un proceso de conjugación en las células (un análogo del proceso sexual en las bacterias) durante el cual es posible el intercambio de información genética. Esto permitió a los investigadores combinar sistemáticamente fragmentos individuales de un cromosoma sintético en una sola cepa. La cepa de E. coli "sintética" resultante se llamó Syn61.


Esquema de sustitución sucesiva del propio cromosoma de E. coli (gris) con sintético (rosa)
Julius Fredens et al / Nature 2019

Vivir con menos genes

Según los autores, su principal característica distintiva era un código genético no estándar. Durante la síntesis de partes del genoma, los codones TCG y TCA que codifican el aminoácido serina se excluyeron del código genético y se reemplazaron con codones sinónimos que también codifican la serina. Esto fue posible debido a la degeneración del código genético, ya que cada aminoácido corresponde a un codón de tres letras, y solo cuatro letras, 20 aminoácidos se codifican utilizando 64 codones. Al mismo tiempo, se asignaron seis codones para la serina.

Además de los codones de serina adicionales, los científicos eliminaron uno de los codones de parada del código de E. coli; todos los codones TAG se reemplazaron con TAA. El código genético del organismo Syn61, por lo tanto, consta de 61 codones en lugar de 64.

En total, 18.214 codones fueron reemplazados en el cromosoma sintético. Anteriormente, los investigadores lograron excluir uno de los codones de parada del código mediante la recombinación con oligonucleótidos mutantes, pero para esto tenían que cambiar un máximo de 321 codones.

Las pruebas mostraron que la cepa Syn61 es bastante normal y crece solo 1,6 veces más lenta que la cepa anterior MDS42. Al final resultó que, un cambio en el código genético hizo que algunos genes no fueran necesarios, por ejemplo, el gen para uno de los ARNt para la serina, que antes era vital para E. coli.

Como explican los investigadores, este trabajo demuestra la posibilidad fundamental de la existencia de vida con un código genético reducido. Además, las tecnologías probadas para ensamblar el genoma acercan a los científicos a la creación de organismos con propiedades deseadas, por ejemplo, incluyendo aminoácidos en la composición de proteínas.
 

Victor Román
Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma.

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