La síntesis del genoma completo transformará la ingeniería celular

Al comienzo de la pandemia de COVID-19, los científicos de China cargaron la secuencia genética del virus (el modelo para su producción) en bases de datos genéticas. Luego, un grupo suizo sintetizó todo el genoma y produjo el virus a partir de él, esencialmente teletransportando el virus a su laboratorio para su estudio sin tener que esperar muestras físicas. Tal velocidad es un ejemplo de cómo la impresión del genoma completo está haciendo avanzar la medicina y otros esfuerzos.

La síntesis del genoma completo es una extensión del campo en auge de la biología sintética. Los investigadores utilizan software para diseñar secuencias genéticas que producen e introducen en un microbio, reprogramando así el microbio para realizar el trabajo deseado, como hacer un nuevo medicamento. Hasta ahora, los genomas reciben principalmente ediciones ligeras. Pero las mejoras en la tecnología y el software de síntesis están haciendo posible imprimir franjas cada vez más grandes de material genético y alterar los genomas de manera más extensa.

Los genomas virales, que son diminutos, se produjeron primero, comenzando en 2002 con aproximadamente 7.500 nucleótidos o letras de código del poliovirus. Al igual que con el coronavirus, estos genomas virales sintetizados han ayudado a los investigadores a comprender cómo se propagan y causan enfermedades los virus asociados. Algunos están siendo diseñados para servir en la producción de vacunas e inmunoterapias.

Escribir genomas que contienen millones de nucleótidos, como en bacterias y levaduras, también se ha vuelto manejable. En 2019, un equipo imprimió una versión del Escherichia coli genoma que dejó espacio para códigos que podrían obligar a la bacteria a cumplir las órdenes de los científicos. Otro equipo ha producido una versión inicial del genoma de la levadura de cerveza, que consta de casi 11 millones de letras de código. El diseño y la síntesis del genoma a esta escala permitirán que los microbios sirvan como fábricas para producir no solo fármacos, sino cualquier cantidad de sustancias. Podrían diseñarse para producir de forma sostenible productos químicos, combustibles y nuevos materiales de construcción a partir de biomasa no alimentaria o incluso gases residuales como el dióxido de carbono.

Muchos científicos quieren tener la capacidad de escribir genomas más grandes, como los de plantas, animales y humanos. Llegar allí requiere una mayor inversión en software de diseño (muy probablemente incorporando inteligencia artificial) y en métodos más rápidos y baratos para sintetizar y ensamblar secuencias de ADN de al menos millones de nucleótidos de longitud. Con fondos suficientes, la escritura de genomas en la escala de mil millones de nucleótidos podría ser una realidad antes del final de esta década. Los investigadores tienen muchas aplicaciones en mente, incluido el diseño de plantas que resistan patógenos y una línea celular humana ultrasegura, impermeable, digamos, a infecciones de virus, cáncer y radiación, que podrían ser la base para terapias basadas en células o para biofabricación. La capacidad de escribir nuestro propio genoma surgirá inevitablemente, lo que permitirá a los médicos curar muchas, si no todas, las enfermedades genéticas.

Por supuesto, se podría hacer un mal uso de la ingeniería del genoma completo, con el temor principal de que los patógenos armados o sus componentes generadores de toxinas sean un arma. Los científicos e ingenieros deberán diseñar un filtro de seguridad biológica integral: un conjunto de tecnologías nuevas y existentes capaces de detectar y monitorear la propagación de nuevas amenazas en tiempo real. Los investigadores deberán inventar estrategias de prueba que puedan escalar rápidamente. Fundamentalmente, los gobiernos de todo el mundo deben cooperar mucho más de lo que lo hacen ahora.

El Genome Project-write, un consorcio formado en 2016, está posicionado para facilitar esta red de seguridad. El proyecto incluye a cientos de científicos, ingenieros y especialistas en ética de más de una docena de países que desarrollan tecnologías, comparten las mejores prácticas, llevan a cabo proyectos piloto y exploran las implicaciones éticas, legales y sociales.

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