En el año 2000, el Proyecto Genoma Humano hizo público el primer borrador de la secuenciación del genoma humano. Para materializar este hito fue necesaria la colaboración de científicos repartidos por todo el globo, 3.000 millones de dólares de financiación y más de una década de trabajo rutinario, que no convencional. Veinte años después, leer o escribir ADN son consideradas tareas comunes, relativamente sencillas y con unos costes asumibles para empresas y grupos de investigación. Asimismo, la ingeniería genética también se ha normalizado y, hasta cierto punto, la edición de un microorganismo puede recordar a la programación informática hoy día.
La manipulación genética de alimentos, plantas o microorganismos presenta ventajas y plantea retos a partes iguales. En el Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC), el laboratorio que dirige Víctor de Lorenzo ha desarrollado junto a Natalio Krasnogor, de la Universidad de Newcastle, una técnica que utiliza códigos de barras para identificar células y así rastrear aquellos microorganismos que han sido modificados genéticamente. “En realidad nuestro identificador no es una huella digital como tal”, indica De Lorenzo. Y prosigue: “Lo que hacemos es insertar en el genoma del microorganismo una secuencia de nucleótidos que no tiene función biológica y que es única en la biosfera, de manera que se pueda acceder a través de este identificador a toda la información disponible sobre el organismo. Qué se ha modificado, cómo, cuándo y la autoría de quien lo ha hecho”.
Si la vida se abre camino… los genes también
Organismos capaces de degradar compuestos tóxicos, destruir plásticos o que puedan capturar gases de efecto invernadero son recursos muy valiosos para mitigar los problemas ambientales, pero el atractivo de estos organismos modificados ha aumentado a la par que lo ha hecho la preocupación social y la oposición ante los mismos. De Lorenzo explica: “Lo que se ha intentado hacer durante muchos años para mitigar esta preocupación ha sido diseñar en las propias bacterias circuitos programados para que, en caso de que la bacteria se salga del que debe ser su entorno de aplicación, se active un sistema de suicidio. Podemos hacer que una bacteria dependa para su supervivencia de un nutriente que solamente se encuentre en el sitio donde se espera que funcione, de manera que si se escapa muere. Y esta es solo una de las muchas vías que tenemos”.
Esta es la información que aparece en el repositorio sobre cualquier microorganismo dado de alta en la base de datos. En la imagen, la bacteria ‘Pseudomonas putida’, un microorganismo muy utilizado para aplicaciones industriales y medioambientales.Cristina Patiño (CNB).
Sin embargo, se ha visto que la propia evolución hace que los microorganismos acaben burlando estos márgenes y adaptándose a nuevos entornos: “Lo que hemos propuesto con CellRepo es hacer de la necesidad virtud, y en lugar de empeñarnos en controlar una bacteria para que no se escape, le ponemos un sello gracias al cual podemos disponer de toda la información sobre esa bacteria en particular. Así, podemos saber qué habría que hacer en el caso de que no se encuentre donde debería: si existe algún peligro biológico, si tiene alguna resistencia antibiótica… y, sobre todo, podemos trazar de dónde viene esa bacteria, y podemos establecer la responsabilidad en caso de que algo vaya mal”, resume De Lorenzo.
Cuatro “letras” para conocer el mundo
Mientras que el equipo de Newcastle se ha encargado de liderar la parte computacional del proyecto, desde el CNB-CSIC se ha desarrollado la técnica encargada de insertar el identificador en el genoma de los organismos. Sobre el método, De Lorenzo destaca: “Este código de barras se establece en el cromosoma del microorganismo en un lugar en donde no interfiera. Es como un sello, de modo que no influye en el funcionamiento de la bacteria”.
De modo que estos códigos de barras no son otra cosa que secuencias de aquellas letras que conforman cualquier tipo de vida (A, C, G, T), desde bacterias y otros microorganismos hasta el propio ser humano. ¿Cómo pueden, entonces, no interferir en el funcionamiento biológico del organismo?
Elena Velázquez, investigadora del CNB-CSIC.CNB
Elena Velázquez es la investigadora del CNB-CSIC que ha llevado a cabo la técnica de ingeniería genética capaz de introducir los identificadores en seres vivos. Sobre este aspecto, Velázquez explica: “Primero el algoritmo de CellRepo se encarga de crear un identificador único e independiente. Una vez tenemos esto, nosotros realizamos un BLAST, que es una técnica que nos permitirá buscar secuencias homólogas a este identificador dentro del genoma del organismo. Si existe una homología baja podremos utilizarlo sin problemas, pero si ocurre lo contrario debemos buscar otro identificador con una secuencia diferente, ya que si no estaríamos introduciendo una secuencia ya existente en el genoma con una posible actividad biológica”.
Juan Luis Ramos, investigador de la Estación Experimental del Zaidín, es experto en el uso de la ingeniería genética de microorganismos para su aplicación en fines industriales y medioambientales. Con respecto a la posibilidad de utilizar un repositorio como CellRepo, Ramos comenta: “Aunque el consenso de la comunidad científica es que los peligros de liberar al medio ambiente un organismo modificado no van más allá de los peligros que puedan estar asociados a la naturaleza del microorganismo en sí, la legislación actual no permite el uso de estos organismos excepto en condiciones de contención física. Por eso, creo que este trabajo muestra un punto de inflexión importantísimo para el seguimiento de cualquier microorganismo, ya que es totalmente inequívoco”. El científico confía en que en un plazo breve veremos cómo la tecnología del código de barras “se instaura en el campo de la microbiología industrial y medioambiental”.
No es la primera vez que se utiliza una tecnología así para identificar seres vivos. En 2014, investigadores de la Universidad de Osaka (Japón) desarrollaron una marca de agua para trazar plantas transgénicas. CellRepo abre un nuevo horizonte: aunque el repositorio solo incluye bacterias y levaduras, la intención de sus creadores es ampliar este catálogo incluyendo formas de vida más complejas.
Pese a tratarse de una idea que beneficia a investigadores y ofrece tranquilidad a la población, CellRepo deberá enfrentarse a grandes retos para asentarse como una opción factible. Luis Serrano Pubull, director del Centro de Regulación Genómica de Barcelona y experto en biología sintética, señala que las dificultades de CellRepo residen en su aceptación: “El problema es persuadir a los investigadores para que introduzcan el código de barras en sus organismos de forma generalizada. Si por ejemplo las revistas científicas ponen como requisito para publicar un estudio de este tipo hacer uso de esta tecnología, sin duda tendrá un gran impacto”. El futuro de CellRepo dependerá, en parte, de la estandarización del repositorio como un recurso necesario para hacer de la bioingeniería un área de investigación más justa y segura.
Contenido realizado dentro del Programa de Ayudas CSIC – Fundación BBVA de Comunicación Científica, Convocatoria 2021.
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