Recodificación radical del genoma

Primer organismo genéticamente reprogramado por completo

Organismo genéticamente modificado. (crédito: Marc J. Lajoie et al./Science)

En dos proyectos paralelos del Instituto Wyss de Harvard, los investigadores crearon nuevos genomas dentro de la bacteria E. coli en formas que prueban los límites de la reprogramación genética y abren nuevas posibilidades para incrementar la flexibilidad, productividad y seguridad en biotecnología.

El estudio fue encabezado por el Dr. George Church, profesor de genética en la Escuela Médica de Harvard y miembro fundador del Instituto Wyss para Ingeniería Inspirada Biológicamente. Farren Isaacs, profesor de desarrollo de biología molecular y celular de la Escuela de Medicina de Yale, es co-autor el estudio.

“Esta es la primera vez que un genoma celular ha sido diseñado y construido con el fin de cambiar el funcionamiento de esa célula”, explicó Church. “En particular, hemos cambiado el código genético previo común a prácticamente la totalidad de la vida. Hicimos esto para permitir el uso de una variedad de aminoácidos no estándar y al mismo tiempo hacer células resistentes a los virus.

Lo hicimos en una célula que es considerada muy útil en la industria. Generamos los cambios del genoma de una manera que permite cambios radicales en los genes esenciales. El trabajo previo involucraba genes no esenciales y / o cambios menores. Este fue también un genoma mucho más grande que los modificados en intentos anteriores (4.7 millones de pares base)”.

Recodificación radical del genoma

En uno de los proyectos, los investigadores crearon un nuevo genoma –el primer organismo genómicamente recodificado por completo– mediante el reemplazo de 321 instancias específicas de una “palabra genética de tres letras”, llamada codón, en todo el genoma del organismo con una palabra de significado supuestamente idéntico.

Los investigadores luego introdujeron una versión reprogramada de la palabra original (con un nuevo significado, un nuevo aminoácido) en la bacteria, ampliando así el vocabulario de la bacteria y habilitándola para producir proteínas que no son producidas normalmente en la naturaleza.

En el segundo proyecto, los investigadores eliminaron todas las apariciones de 13 codones distintos en 42 genes de E. coli, utilizando un organismo diferente para cada gen, y los reemplazaron con otros codones de la misma función. Cuando finalizaron, 24% del ADN en los 42 genes destino habían sido cambiados, sin embargo, las proteínas producidas por los genes eran idénticas a los producidos por los genes originales.

“El primer proyecto nos indica que podemos tomar un codón, retirarlo por completo del genoma, y reasignar con éxito su función”, dijo Marc Lajoie, de la Escuela de Medicina de Harvard, en el laboratorio de George Church. “En el segundo proyecto nos hicimos la pregunta, ‘Bien, hemos cambiado este codón, cuántos más podemos cambiar?”

De los 13 codones seleccionados para el proyecto, todos pudieron cambiarse.

“Eso deja abierta la posibilidad de que podríamos reemplazar cualquiera de los 13 codones, o todos, en el genoma completo”, dijo Lajoie.

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