¿Qué es el genoma mínimo?
El
genoma mínimo es un conjunto de
genes reducidos (un ser vivo con la menor carga génica posible), pero lo
suficiente como para mantener una forma de vida celular funcional en
condiciones ambientales favorables, o sea, en presencia de nutrientes
esenciales y sin estrés ambiental.
Los objetivos principales de la creación de un
genoma mínimo son:
1.
Conocer
el conjunto de genes mínimo que permite a un organismo sobrevivir en el medio.
2. Eliminar
la carga génica dispensable para introducir otra nueva información de interés
biotecnológico, generando así biofactorías para producir medicamentos,
biocombustibles, o energía. (1)
Investigaciones relacionadas
1. Microorganismo básico de los experimentos de
células artificiales: las
bacterias parásitas intracelulares reducen su genoma, ya que obtienen muchos de
sus requerimientos de la bacteria huésped. Mycoplasma spp. es una de las
bacterias con el genoma más pequeño (574 genes) y se descubrió que 100 de estos
genes no son esenciales en condiciones óptimas de laboratorio, lo cual no
indica cuales de esos 100 genes son prescindibles simultáneamente. Así mismo,
el genoma de Mycoplasma spp. es la base de la mayoría de los
experimentos de las células artificiales. (2)
2. Albert Libchaber y su equipo de Rockefeller
University: están intentando diseñar la
célula mínima, por el método de una “célula vacía” e introduciendo genes y
componentes esenciales poco a poca, hasta conseguir que sobreviva sola.
Implantando hasta 15 genes han conseguido que la célula tenga capacidad excretora.
Aunque todavía no se han conseguido llevar a cabo todas las funciones
esenciales de una célula.(3)
3. El equipo de Craig Venter: En 1995
empezaron secuenciando el genoma de la bacteria Mycoplasma genitalium
(580.070 nucleótidos), el más pequeño conocido de una bacteria con vida
independiente,
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Imagen 1. Genoma sintético de M. Mycoides.
http://www.jcvi.org/cms/research/projects/first-self-replicating-synthetic-bacterial-cell/overview/
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con 485 genes para proteínas (más otros genes que no producen
proteínas).En 2007 trasplantar el genoma entero de M. mycoides
a M. capricolum (al que previamente se había eliminado su
genoma). En 2008 fueron capaces de crear un cromosoma artificial (582.970
nucleótidos) copiando la información del M. genitalium , y
llevando varias secuencias “etiqueta” que permitían diferenciar ese cromosoma
sintético del natural entre algunos de los genes (para no dañar la información
de éstos). Actualmente, Utilizando 1.078 fragmentos de ADN sintetizados in
vitro (de 1080 nucleótidos cada uno) se construyó el genoma circular
de M. mycoides en tres etapas utilizando células de
levadura, obteniendo de resultado que el
nuevo genoma había transformado la bacteria a su imagen.(4)
4.
Centro de Regulación Genómica (CRG) de Barcelona: ha conseguido obtener el primer mapa completo de
una célula mínima, en concreto la Mycoplasma
pneumoniae. Los investigadores
analizaron la bacteria en tres niveles:
a. Describir
el transcriptoma de la bacteria (identificó todas las moléculas de ARN) en
diferentes condiciones ambientales.
b. Definir
todas las reacciones metabólicas que sucedían.
c. Identificar
cada complejo multiproteíco. (5)
Pasos a seguir para crear un genoma de manera artificial.
La
creación de un genoma es algo muy complejo, puesto que todos los procesos
tienen un alto nivel de fracaso debido a mutaciones, recombinaciones o mala
manipulación de las herramientas. Es por este motivo que, actualmente, la única
investigación con éxito fue efectuada por el grupo de investigación de Craig
Venter. Por éste motivo, el proceso de creación genómica artificial se basa en
los procedimientos realizados en su investigación. (6)
En
este experimento, el grupo de Craig Venter pretendía crear una bacteria Mycoplasma spp. modificada para eliminar
su virulencia. Las muestras fueron sometidas a electroforesis de gel de
inversión de campo (FIGE) para comprobar el éxito de cada ensamblaje. En la
recombinación en levadura, se utilizó una co-transformación entre el DNA
sintético y el DNA de la levadura para formar clones circulares y facilitar la
separación entre estos mediante el aislamiento por agarosa y la electroforesis.
(2)
| Imagen 2. Esquema del prodecimiento utilizado en el experimento del grupo Craig Venter (2008) para la creación de un genoma sintético. |
Aplicaciones.
Cuando
se consiga el propósito de las investigaciones, se podrán construir organismos
que realicen tareas específicas. Por ello, las aplicaciones más realistas que
proponen sus autores están relacionadas con la fabricación de combustibles, la
medicina genómica, la genómica agropecuaria, la genómica forense, la genómica
ambiental, la genómica industrial, etc., aunque se pueden conseguir sin
necesidad de sintetizar todo un genoma en el laboratorio, simplemente
introduciendo los genes necesarios para que las bacterias desarrollen esas
funciones, algo en lo que se lleva investigando ya desde hace décadas (un
ejemplo es la eugenesia).(7)
Aplicaciones más destacadas:
- Una aplicación importante, es la modificación de genes en algas para que puedan atrapar el dióxido de carbono y producir otro tipo de hidrocarbonos de utilidad en refinerías.
- Cura de las enfermedades genéticas en el ser humano pueden ser de dos tipos: enfermedades mendelianas o enfermedades poligénicas.
a.
Las enfermedades mendelianas
generalmente son causadas por un defecto en un sólo gen, lo que dificulta su
estudio debido a la penetrancia incompleta.
b.
La mayoría de las enfermedades genéticas
que afectan a humanos son poligénicas (enfermedades cardiovasculares, asma,
cáncer, etc.), por lo que están producidas por distintos genes, la presión
ambiental y las interacciones entre estos. Hay tres maneras diferentes de
llevar a cabo el mapeo de las variantes genéticas implicadas en una enfermedad:
clonación funcional, estrategia del gen candidato y clonación posicional.
- Respuesta farmacológica: el medicamento perfecto sería aquel que, siendo efectivo contra una enfermedad, no produjera efectos secundarios. Ya que esto no se ajusta a la realidad, en la que un mismo fármaco puede causar efectos totalmente diferentes en dos individuos, el objetivo de la farmacogenómica es el de entender la variabilidad de unos pacientes a otros del medicamento e intentar definir el tratamiento que mejor se ajuste a cada individuo.(8)
¿Qué riesgos o consideraciones éticas conlleva la creación de un genoma artificial?
A
la publicación de los recientes avances en la creación y desarrollo de un
genoma artificial, han surgido diversas opiniones.
Por
un lado, Mark Bedau, filósofo del Reed College y editor de la revista
científica Artificial Life, afirma
que es un hecho definitorio en el campo de la genómica sintética, de la
biología y de la biotecnología. Del mismo lado, los biotécnicos que, aunque niegan que suponga la creación de "vida artificial", defienden que tenemos
que aprender a no poner límites artificiales, religiosos o éticos a la ciencia.
Por
otro lado, fue notoria la voz de quienes no apoyan las innovaciones
biotecnológicas, como el Papa Benemérito que declaró que es necesario prevenir
la creación de nuevas vidas, para que el ser humano no se convierta en un
producto industrial. Del mismo modo muchas personas citan al filósofo Immanuel
Kant, defensor de la teología, que niega la posibilidad de llegar al fondo de
la maquinaria biológica de los seres vivos.(10)
Finalmente,
hay quienes aseguran que conlleva consecuencias apocalípticas, aunque realmente no se crean nuevos genes, como
en el caso de la terapia génica en el ser humano.
Dada esta situación,
el presidente de Estados Unidos, Barack Obama, encargó a Comisión Presidencial
para Asuntos de Bioética un informe de riesgos y beneficios potenciales sobre la medicina, el
medio ambiente y la seguridad), para crear una regulación legal de estas
técnicas impredecibles.(9)
Conclusiones:
- Con
esto se demostrado que se puede sintetizar químicamente genomas y
trasplantarlos en células de modo que sustituyan el genoma original y funcionen
de manera autónoma, pero el reto es crear una células artificial con todos los
componentes sintetizados in vitro.
- Debido
a la complejidad de los organismos, es muy difícil aislar los genes esenciales.
Además hay que tener en cuenta la dificultad de la técnica con la cual se han
conseguido los primeros resultados, aunque en la actualidad se busca una estrategia
más sencilla y económica.
- La obtención
de una técnica que facilitara la creación de un genoma, tendría muchos
beneficios para las diferentes industrias, pero por el contrario, también
tendría contras importantes tanto éticos como personales (creación de una
industria en la que se creen organismos nuevos). Por ello, habría que valorar
tanto los beneficios como los perjuicios para las personas.
Bibliografía:
1. Página web: “La ciencia y sus demonios” Artículo: “Investigadores españoles describen los elementos básicos para la vida”
[27 noviembre 2009]. Consulta 17 Abril
2013. <http://lacienciaysusdemonios.com/2009/11/27/investigadores-espanoles-describen-los-elementos-basicos-para-la-vida/#more-4425
>
2. J. Craig Venter Institute, Rockville, MD 20850, USA. “Complete Chemical Synthesis, Assembly, and
Cloning of a Mycoplasma genitalium Genome.” Science 29 February 2008.Vol.
319 no. 5867 pp. 1215-1220DOI:10.1126/science.1151721.
3. UBA., “Genética Bacteriana y Mecanismos de la transferencia
Horizontal Genética”. (consultado el 7 de Marzo del 2013). Disponible en pdf
Web: < www.fmed.uba.ar/depto/microbiologia/te7tex.pdf>
4. Página web: “Suplemento dominical de protestante digital” Artículo:” Investigadores españoles describen los
elementos básicos para la vida” [14
de abril 2013] Consulta 16 Abril 2013. <http://www.protestantedigital.com/ES/Magacin/articulo/1845/Vida-artificial-de-las-noticias-al-laboratorio>
5. Página web: “Abc.es” Artículo: “¿Vida
artificial?: de las noticias al laboratorio” [27 noviembre 09]
Consulta 16 Abril 2013. <http://www.abc.es/20091126/ciencia-tecnologia-biologia-molecular/investigadores-espanoles-describen-maquinaria-200911261837.html>
7. Jiménez.”
Genoma mínimo: ¿Cómo de pequeña
puede ser una célula?”. [En línea]. [referencia:10 de
Marzo de 2013]. <http://mundobiologia.portalmundos.com/genoma-minimo-%C2%BFcomo-de-pequena-puede-ser-una-celula/>
8.
Página web: “lavanguardia.es”
Artículo: “Crean la primera célula
controlada por un genoma artificial”
[20/05/2010] Consulta 16 Abril 2013. <http://www.lavanguardia.com/ciudadanos/noticias/20100520/53932307618/crean-la-primera-celula-controlada-por-un-genoma-artificial-washington.html >
El treball cal enfocar-lo de manera diferent, en primer lloc cal que estructureu el treball en forma de diferents apartats, tal i com està ara només té l’apartat de Bibliografia. El primer paràfrag cal que l’elimineu, és a dir, podeu eliminar tot el text fins que parleu del genoma mínim. Tot el que expliqueu abans del genoma mínim no aporta res de rellevant al treball i és informació que tothom ja coneix, a més us treu espai per dedicar a aspectes que cal ampliar. El treball és molt reduït a un exemple concret. Caldria que citessiu i expliquéssiu altres treballs rellevants que s’han fet relacionats amb el genoma mínim i la creació artificial de genomes, n’expliqueu alguns però n’hi ha d’altres. Els esquemes que presenteu no es veuen bé, són massa petits i costa d’entendre què representen. Hauríeu de presentar un esquema general on es vegi el procés que expliqueu (el text en negreta, que heu de presentar en format normal) del protocol per crear artificialment un genoma. Per altra banda caldria incloure un apartat sobre riscos i consideracions ètiques que suposa la creació de genomes artificials i el fet que aquests microorganismes sintètics fossin alliberats a la natura. Finalment cal que entreu més en detall a parlar de les possibles utilitats pràctiques de la creació artificial de genomes, en parleu molt per sobre i de fet l’interès del tema està en la seva possible aplicabilitat. Per exemple, podríeu citar projectes que estiguin en curs sobre l’aplicació dels genomes sintètics. A la pàgina web del Craig Venter Institute segurament en trobareu. Heu de indicar les referències bibliogràfiques amb números i treure els puntets negres de l’apartat de Bibliografia.
ResponderEliminarPregunta evaluable:
ResponderEliminarEn el caso que se consiguiera dominar esta técnica, cómo podría tener resonancia en enfermedades humanas? Es decir, se introduciría este "nuevo genoma" en el zigoto? En el caso del cáncer, ¿sería posible crear un genoma que controlara la división descontrolada de las células?
Marina Castro Rodà
Este comentario ha sido eliminado por el autor.
EliminarRespuesta:
EliminarEn la actualidad, para el control de la división descontrolada de células cancerígenas, se esta tratando de aplicar un virus de la gripe con su genoma modificado, el cual evita la proliferación de estas y provoca su eliminación.
Puesto que esto se está logrando, sería posible crear un genoma nuevo que permita a un organismo eliminar y controlar la proliferación de las células cancerígenas.
Para curar una enfermedad genética humana no habríamos de introducir un genoma nuevo en un zigoto, sino que sería más útil y sencillo modificar el genoma de éste.
Avaluable
ResponderEliminarBones!
Amb aquest mètode es podrien fer organismes "a la carta"? Per exemple, crear algun tipus de bacteri no patogènic i sense capacitat de reproduir-se i que a la vegada produís un antibiòtic i, que per tant, pogués ser injectat en humans en cas d'infecció o simplement de prevenció contra algun tipus de patògen?
Moltes gràcies!
Arnau Carreño Roca
Resposta:
EliminarEs cert que amb aquest métode es podrien aconseguir crear organismes a la carta però cal fer ènfasi en que encara hi ha molts gens que desconeixem. De moment, es pot treballar amb els gens que coneixem per fer modificacions de genomes (inserció de gens, sobreexpressió o inhibició de gens). D'altra banda, l'exemple que has expossat no ho veiem gaire factible atès que un bacteri ha de fer les funcions bàsiques dels éssers vius (inclòs la reproducció), de manera que estaries parlant d’un virus que produís antibiótics i no fos patògen per a nosaltres. Pensa també en el fet que si un bacteri mor sense reproduir-se no es poden fer cultius a laboratori i seria necessaria una gran inversió de temps i diners (fer cada cèl•lula una a una); sense parlar que l’efecte al cos també seria temporal. Incloure organismes dins d'un cos pluricel•lular (en aquest cas, humans) és MOLT complex. Potser encara és més fàcil mantenir aquest bacteri fora del cos humà i introduir l'antibiòtic com es fa ara.
Comentario evaluable:
ResponderEliminar¿Como son las "etiquetas" que marcan la diferencia entre el cromosoma sintético y el original? Cómo se insertan en él?
En el caso de las enfermedades mendelianas, ¿cómo podría llegarse a mejorar las técnicas necesarias para encontrar el gen responsable de la enfermedad? ¿Qué enfermedades existen que sean mendelianas?
Respuesta:
EliminarEsas “etiquetas” son las marcas de agua que puedes ver en el esquema de la Imagen 2. Las marcas de agua son una secuencia de DNA que sirve para identificar los organismos (o en ese caso, el fragmento) modificados genéticamente y diferenciarlos de los organismos ya existentes, de cepas salvajes, o por tema de patentes (para controlar que cepas patentadas no sean utilizadas sin autorización). En el experimento de Craig Venter, todo el genoma es artificial pero sólo la parte del genoma que se añade es “original” puesto que el resto del genoma es una copia del genoma de Micoplasma sp. Esta marca de agua ofrece al genoma un color que lo diferencia (visible o no según el espectro de luz).
La marca de agua se inserta gracias al DNA-crypt, un programa que codifica información en secuencias de DNA y que puede transferirlas a bacterias u otros organismos sin interferir en ellos. [Te dejo un link por si quieres saber más sobre DNA-crypt: http://www.uni-muenster.de/Biologie.NeuroVer/Tumorbiologie/DNA-Crypt/ ]. Siguiendo a la pregunta, el DNA-crypt utiliza las secuencias repetidas del código genético para introducir una marca de agua en la región de codificación, cambiando los tripletes (se necesitan secuencia repetidas para evitar mutaciones). En el caso de que se produzca alguna mutación, el ADN-crypt se encarga de corregirla mediante unos códigos de corrección del programa (por ejemplo, los códigos de corrección de Hammning).
Respecto al tema de las enfermedades mendelianas (o monogénicas), unos ejemplos serían: fibrosis quística (autosómica recesiva), enfermedad de Huntington (autonómica dominante), Hemofilia A (ligada al sexo recesiva, cromosoma X), raquitismo hipofosfatémico (dominante ligada al sexo, cromosoma X)… Se conocen alrededor de 6000 en humanos.
Actualmente, para encontrar la localización de estos genes proponemos estas 3 maneras:
- Hacer árboles genealógicos de los mapas cromosómicos de individuos afectados. De esta manera, comparando los mapas de afectados y sanos (de la misma familia), se puede localizar por probabilidad la localización del gen dentro de un cromosoma. Es cierto que es un trabajo muy duro para que el resultado sea por probabilidades, pero es muy complejo encontrar localizaciones exactas en humanos por su largo genoma y por no poder obtener mutantes artificiales que puedan verificar al 100% el resultado, ya que eso provocaría un gran escándalo ético.
- Realización de la secuenciación del genoma del individuo mediante las diferentes técnicas que se conocen hasta ahora ( PCR, asociacion de oligonucleotidos específicos con marcadores de fluorescencia, etc).
- Crear una genoteca introduciendo todas las mutaciones del genoma (conservando estos mutantes si es posible). Para saber cual de todas las mutaciones es la buscada tenemos 3 maneras:
1. Hibridación de una sonda marcada radiactivamente.
2. Si se conoce la secuencia de las proteínas, pasar la secuencia peptídica a la secuencia de DNA añadiendo oligonucleotidos.
3. Detección inmunológica de la secuencia.
Con los pasos anteriores se puede resuspender las secuencias obtenidas con la genoteca y aquellas que tengan complementariedad de bases hibridaran. De este modo se puede detectar cuales son.