Nuestra capacidad para manipular los genes de los organismos vivos se ha ampliado espectacularmente en los últimos años. Ahora, los investigadores están un paso más cerca de construir genomas desde cero después de revelar una cepa de levadura con más del 50 por ciento de ADN sintético.

Desde 2006, un consorcio internacional de investigadores llamado Proyecto Genoma de la Levadura Sintética ha estado intentando reescribir el genoma completo de la levadura de cerveza. El organismo es un objetivo atractivo porque es un eucariota como nosotros y también se utiliza ampliamente en la industria biotecnológica para producir biocombustibles, productos farmacéuticos y otras sustancias químicas de alto valor.

Si bien los investigadores han reescrito previamente los genomas de virus y bacterias, la levadura es más desafiante porque su ADN está dividido en 16 cromosomas. Para acelerar el progreso, los grupos de investigación involucrados se centraron cada uno en reescribir un cromosoma diferente, antes de intentar combinarlos.

El equipo ahora ha sintetizado con éxito nuevas versiones de los 16 cromosomas y ha creado un cromosoma completamente nuevo. En una serie de artículos en Celular y Genómica celularEl equipo también informa sobre la combinación exitosa de siete de estos cromosomas sintéticos, más un fragmento de otro, en una sola célula. En total, representan más del 50 por ciento del ADN de la célula.

"Nuestra motivación es comprender los primeros principios de los fundamentos del genoma mediante la construcción de genomas sintéticos", dijo en un comunicado el coautor Patrick Yizhi Cai de la Universidad de Manchester. comunicado de prensa. "El equipo ahora ha reescrito el sistema operativo de la levadura en ciernes, lo que abre una nueva era de la ingeniería biológica, pasando de modificar un puñado de genes al diseño y la construcción de novo de genomas completos".

Los cromosomas sintéticos son notablemente diferentes a los de la levadura normal. Los investigadores eliminaron cantidades considerables de "ADN basura" que es repetitivo y no codifica proteínas específicas. En particular, cortaron tramos de ADN conocidos como transposones, que pueden recombinarse naturalmente de formas impredecibles, para mejorar la estabilidad del genoma.

También separaron todos los genes que codifican el ARN de transferencia en un genoma 17 completamente nuevo. Estas moléculas transportan aminoácidos a los ribosomas, las fábricas de proteínas de la célula. Cai les dijo a Ciencia: Las moléculas de ARNt son "puntos críticos de daño al ADN". El grupo espera que al separarlos y alojarlos en el llamado “neocromosoma de ARNt” sea más fácil mantenerlos bajo control.

"El neocromosoma de ARNt es el primer cromosoma completamente sintético de novo del mundo", afirma Cai. "No existe nada parecido en la naturaleza".

Otra alteración significativa podría acelerar los esfuerzos para encontrar nuevas cepas de levadura útiles. El equipo incorporó un sistema llamado SCRaMbLE en el genoma, lo que permitió reorganizar rápidamente los genes dentro de los cromosomas. Este "sistema de evolución inducible" permite a las células recorrer rápidamente nuevos genomas potencialmente interesantes.

"Es como barajar una baraja de cartas", coautor Jef Boeke de Langone Health de la Universidad de Nueva York les dijo a New Scientist. "El sistema de codificación es esencialmente una evolución de la hipervelocidad, pero podemos activarlo y desactivarlo".

Para introducir varios de los cromosomas modificados en la misma célula de levadura, el equipo de Boeke llevó a cabo un largo programa de cruzamiento, cruzando células con diferentes combinaciones de genomas. En cada paso había un extenso proceso de “depuración”, ya que los cromosomas sintéticos interactuaban de maneras impredecibles.

Utilizando este enfoque, el equipo incorporó seis cromosomas completos y parte de otro en una célula que sobrevivió y creció. Luego desarrollaron un método llamado sustitución cromosómica para transferir el cromosoma de levadura más grande de una célula donante, elevando el total a siete y medio y aumentando la cantidad total de ADN sintético a más del 50 por ciento.

Introducir los 17 cromosomas sintéticos en una sola célula requerirá un trabajo adicional considerable, pero cruzar el punto medio es un logro significativo. Y si el equipo puede crear levadura con un genoma totalmente sintético, marcará un cambio radical en nuestra capacidad para manipular el código de la vida.

“Me gusta llamar a esto el final del principio, no el principio del fin, porque es entonces cuando realmente podremos empezar a barajar ese mazo y producir levadura que pueda hacer cosas que nunca antes habíamos visto. ”, dice Boeke en el comunicado de prensa.

Crédito de la imagen: micrografía electrónica de barrido de levadura parcialmente sintética. / Cell/Zhao et al.

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• Fuente: https://singularityhub.com/2023/11/10/biologists-unveil-the-first-living-yeast-cells-with-over-50-synthetic-dna/