La levadura es una forma de vida interesante para los investigadores al poseer un genoma eucariota en su forma más simple. Desentrañarlo abre la puerta a descifrar los mecanismos de organismos más complejos, incluido el cuerpo humano. Ahora, el consorcio global que forma el Proyecto Genoma Sintético de Levadura (Sc2.0 por sus siglas en inglés) anuncia la creación de una cepa que contiene más del 50% de genes sintéticos, fruto de la combinación de siete cromosomas artificiales más uno parcial con los naturales del microorganismo.

Según el trabajo que se publica en las revistas Cell, Molecular Cell y Cell Genomics, esta nueva cepa de levadura híbrida sobrevive y se replica como si fuera natural. "Lo que nos motiva es comprender los principios básicos de la genética fundamental mediante la construcción de genomas sintéticos", explica uno de los autores del trabajo, Patrick Yizhi Cai de la universidad de Manchester (Reino Unido). "Nuestro equipo ha reescrito el sistema operativo de la levadura de cerveza, lo que inaugura una nueva era de ingeniería biológica".

Los investigadores trabajaron con el genoma relativamente simple de Saccharomyces cerevisiae, retirando secuencias de genes no codificantes y el mal llamado 'ADN basura', que no es tan determinante en microorganismos tan básicos. A continuación, trabajaron con un editor genético llamado 'SCRaMbLE': fiel a su nombre, les permitió introducir segmentos de ADN sintético y estabilizar el genoma reordenando los genes en cada cromosoma. Muchos de los genes que codifican el ARN de transferencia (tRNA) fueron colocados en un nuevo cromosoma sintético creado de cero. 

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El genoma de la levadura está organizado en dieciséis cromosomas, por lo que los científicos ensamblaron un reemplazo artificial para cada uno de ellos. A continuación, generaron 16 cepas diferentes, cada una con quince cromosomas naturales y uno artificial. Mediante hibridación, fueron cruzando estas cepas y seleccionando los vástagos que habían adquirido los cromosomas sintéticos. Poco a poco, lograron consolidar una cepa que había adquirido seis cromosomas artificiales completos más la mitad (uno de los dos brazos) de otro. Finalmente, la técnica de sustitución cromosómica permitió introducir el séptimo creado de cero.

El total del material genético creado en laboratorio e introducido en el genoma de la nueva cepa, mediante la inserción de cromosomas artificiales y la sustitución de genes en los naturales, suma más del 50%. En el resultado final se han detectado pequeños "fallos" ('bugs') que no aparecían en las cepas progenitoras, pero los investigadores han podido corregirlos en gran medida mediante edición genética basada en la tecnología CRISPR/Cas9. "Nos acercamos a la meta: a tener 16 cromosomas artificiales por célula", manifiesta Jef Boeke, del centro NYU Langone Health.

"Una tarea casi artesanal"

"Hay bacterias y virus con genomas sintéticos, pero esta es la primera aproximación al genoma sintético de una célula eucariótica. El trabajo es extraordinario, yo diría que titánico. Se dice pronto, lo de sintetizar cromosomas que sean funcionales, pero es una tarea extraordinariamente compleja", valora Juli Peretó, catedrático de Bioquímica y Biología Molecular en la Universidad de Valencia, en declaraciones a Science Media Centre. "Una de las limitaciones es nuestra ignorancia, se han de resolver problemas a medida que surgen. Es una tarea casi artesanal".

Según el catedrático, las alteraciones genómicas ensayadas pueden ser útiles para futuras ingenierías de los cromosomas, destacando el 'neocromosoma' que contiene todos los ARN de transferencia. "No existe en la naturaleza, y demuestra que se pueden reubicar genes de manera drástica sin afectar significativamente a su función", valora. Sin embargo, la sustitución completa del genoma por la versión artificial será "mucho más complicada", ya que la función de "una fracción significativa de genes de levadura" es todavía desconocida para la ciencia.

"Sería importante aclarar que no se puede considerar que se trate de un ejemplo de generar vida sintética", matiza por su parte Jordi García Ojalvo, catedrático de Biología de Sistemas en la Universidad Pompeu Fabra de Barcelona. "Lo que se ha hecho es sintetizar una parte importante del genoma -un mérito en sí mismo- e insertarlo en células ya existentes. Es importante tener en cuenta que, hasta el momento, no hemos sido capaces de generar células desde cero".

"Todas las células que existen en la Tierra provienen de una primera célula primigenia que apareció hace casi cuatro mil millones de años, que se ha dividido un número enorme de veces hasta dar lugar a todas y cada una de las células de todos los organismos que existen en el planeta", explica García Ojalvo. "Podemos crear genomas artificiales, pero aún no podemos crear vida artificial, pues la unidad de la vida, la célula, está aún fuera de nuestro alcance".