La biología sintética acaba de dar un nuevo paso hacia uno de los mayores desafíos científicos de nuestro tiempo: construir una célula funcional a partir de componentes no vivos. Lo ha hecho un equipo de investigadores de la University of Minnesota. Liderados por la bióloga sintética Kate Adamala, han desarrollado una estructura celular artificial capaz de alimentarse, crecer, replicar su material genético y dividirse.
El sistema, bautizado como SpudCell, no puede considerarse un organismo vivo en sentido estricto. Sin embargo, reproduce varias de las funciones esenciales que caracterizan a las células y representa uno de los modelos sintéticos más sencillos y completos desarrollados hasta la fecha.
A diferencia de otros trabajos previos, en los que se modificaban microorganismos ya existentes eliminando parte de su carga genética, este logro consiste en haber ensamblado, pieza a pieza y a partir de compuestos químicos no vivos, una estructura microscópica capaz de coordinar las funciones vitales más básicas. Así, se trata de una diminuta vesícula rodeada por una membrana de ácidos grasos que alberga un reducido conjunto de biomoléculas y un genoma formado por apenas 36 genes (unas 90.000 parejas de bases de ADN), muy lejos de los aproximadamente 4,6 millones de pares de bases que contiene una bacteria como E. coli o de los cerca de 3.000 millones presentes en el genoma humano.
Muchos ya aseguran que este avance podría acelerar el desarrollo de nuevas terapias, herramientas de investigación y aplicaciones biotecnológicas.
Una célula capaz de aumentar de tamaño y dividirse
Para desarrollar este sistema, los investigadores utilizaron el denominado sistema PURE, un conjunto de biomoléculas comerciales que permite reconstruir procesos celulares básicos sin recurrir a una célula previamente existente.
Una de las principales aportaciones del trabajo es haber conseguido que la célula no solo replique su ADN, sino que también aumente de tamaño y se divida. Para crecer, SpudCell incorpora marcadores moleculares en su superficie que atraen pequeñas vesículas cargadas de nutrientes. Estas se fusionan con la membrana, proporcionando los componentes necesarios para mantener la actividad celular.
El mecanismo de división también se basa en un diseño molecular relativamente simple. Una etiqueta genética denominada FLAG interactúa con una proteína externa provocando una fuerza de repulsión que acaba estrangulando la membrana hasta separarla en dos nuevas células.
Lejos de ser una célula completamente funcional
Pese al avance, los investigadores subrayan que el sistema presenta importantes limitaciones. Estas restricciones impiden hablar todavía de una célula completamente autónoma o de un organismo vivo.
En primer lugar, la división celular continúa siendo poco eficiente y, únicamente, alrededor del 30% de las células hijas conserva el genoma completo tras varios ciclos de replicación. Además, SpudCell carece de ribosomas propios, es decir, de las estructuras responsables de fabricar proteínas. Por lo que, depende de componentes externos y su capacidad de supervivencia queda limitada a unas diez generaciones.
Expectación en el mundo científico
El trabajo ha generado una notable expectación, tanto por sus resultados como por la forma elegida para difundirlos. El manuscrito, de unas 190 páginas, fue rechazado inicialmente por la revista científica Cell. Ante esta decisión, el equipo decidió hacerlo público mediante la plataforma de prepublicación Biotic, antes incluso de completar el proceso convencional de revisión por pares. La noticia fue posteriormente recogida por medios especializados como Science y por el New York Times.
Diversos expertos consideran que se trata de uno de los avances más relevantes de los últimos años en biología sintética.
John Glass, uno de los investigadores que participó junto al fallecido Craig Venter en la creación de la primera célula sintética autorreplicante en 2010, afirmó que el trabajo de Adamala representa el modelo artificial «más cercano a estar vivo» desarrollado hasta ahora.
En una línea similar se ha manifestado Drew Endy, quien considera que el estudio demuestra la posibilidad de integrar diferentes avances logrados durante las últimas décadas para construir sistemas capaces de crecer y dividirse.
No obstante, otros investigadores llaman a interpretar el hallazgo con prudencia. Indican que, aunque se trata de «un avance importante», el sistema sigue utilizando componentes naturales y requiere alimentación externa, por lo que se asemeja más a una célula mínima que a una completamente diseñada desde cero.
Hacia la medicina del futuro
Más allá del logro experimental, los investigadores consideran que el verdadero valor de SpudCell reside en que cada uno de sus componentes es conocido y controlable.
Mientras que modificar una célula natural implica trabajar con sistemas extremadamente complejos, una célula construida desde sus elementos mínimos permite comprender con precisión cómo interactúan sus distintas partes y facilita introducir modificaciones de manera mucho más predecible.
A largo plazo, este tipo de plataformas podría servir para desarrollar micromáquinas biológicas capaces de transportar fármacos directamente hasta un tumor, fabricar compuestos de interés industrial o diseñar nuevas estrategias de biotecnología ambiental.
Con ese objetivo, los responsables del proyecto han impulsado la creación de Biotic, una nueva institución de investigación respaldada con unos 10 millones de dólares para promover el desarrollo de tecnologías basadas en células sintéticas.
