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viernes, 28 de marzo de 2014

Construyendo el genoma de levaduras


Allá por el año 2010 saltó a la prensa la noticia de la primera célula artificial. En este caso se trataba de la síntesis completa y trasplante de un genoma bacteriano. Cuatro años después ha dado el salto a la prensa este avance: Se ha construido el primer cromosoma artificial de levadura.


Se tacha este descubrimiento como un gran avance para la creación de la primera célula eucariota (como las nuestras) artificial. Sin duda es un avance en cuanto a desarrollo de la técnica de síntesis de DNA, ya que el genoma de levaduras es varios órdenes de magnitud más grande que uno de bacteria, pero no sólo eso, además es mucho más complejo teniendo en cuenta que tiene 16 cromosomas independientes y que poseen regiones codificantes y no codificantes, junto con otros elementos.

Sin embargo más que por la construcción de un organismo artificial en sí, veo este avance como un gran paso a la hora de entender el funcionamiento de la célula, y es que, como afirma Jef Boeke, patriarca de esta investigación: Si realmente quieres entender un organismo tienes que ser capaz de diseñar o rediseñar uno.

La levadura es el punto de partida para miles de biólogos a la hora de estudiar procesos celulares eucarioticos porque es un modelo barato, fácil de mantener y de manipular. Además interviene en multitud de procesos industriales, y no tan industriales, como son la fermentación de vino, elaboración del pan, quesos, producción de medicamentosde aquí que sea tan importante desmigajar todo su contenido.

Los investigadores han conseguido construir el cromosoma 3, uno de los más pequeños de levaduras, pero hay que tener en cuenta que era el más viable cuando empezó el proyecto, ya que en la actualidad las compañías de síntesis de DNA son capaces de elaborar fragmentos más grandes que podrían permitir la construcción de cromosomas más grandes.

Sin embargo los científicos pensaron que, además de ser capaces de construirlo, sería interesante tunearlo un poco y rediseñarlo con el objetivo de convertirlo en una herramienta más para la biología molecular. De esta manera modificaron algunos puntos concretos como por ejemplo la sustitución de los telómeros originales por otros sintético y con mayor resistencia a la replicación. El traslado de 10 genes de síntesis de tRNAs (que intervienen en la traducción del RNA a proteína por los ribosomas) a un nuevo cromosoma, la eliminación de 21 retrotransposones (capaces de cambiar el orden y disposición de genes de forma espontánea), la eliminación de intrones (regiones no codificantes) y el cambio de de la secuencia de terminación TAG por TAA, capaz de incorporar un aminoácido artificial durante la traducción. Además se han añadido elementos loxP flanqueantes en ciertos genes. Estos elementos loxP son secuencias que permiten la recombinación de genes mediante la proteína Cre a gusto del investigador, de tal manera que todavía se pueda customizar más dicho cromosoma. Con todas estas modificaciones el cromosoma ha pasado de 316.667 bases a 272.871.

Una vez construido este cromosoma ha sido transformado (trasplantado) en una levadura y ha mostrado un comportamiento de crecimiento normal con respecto de la silvestre, confirmando así el éxito del experimento.

Este cromosoma 3 servirá ahora como modelo para la fabricación de los otros 15 en un megaproyecto en el que van a intervenir distintas universidades de Estados Unidos, Australia, Turquía, Singapur e India. Como veis ninguna Españolapero bueno puede que esto sea un reflejo de cómo nos va ahora mismo en ciencia, y es que secuenciar DNA, si bien ha evolucionado, requiere de cierta inversión de capital.

Sin duda este proyecto es muy interesante a la hora de mejorar una herramienta para la biología molecular como es S. cerevisiae.

Imágenes e información extraída de:

Total Synthesis of a Functional Designer Eukaryotic Chromosome
Narayana Annaluru, Héloïse Muller, Leslie A. Mitchell, Sivaprakash Ramalingam, Giovanni Stracquadanio, Sarah M. Richardson, Jessica S. Dymond, Zheng Kuang, Lisa Z. Scheifele, Eric M. Cooper, Yizhi Cai, Karen Zeller, Neta Agmon, Jeffrey S. Han, Michalis Hadjithomas, Jennifer Tullman, Katrina Caravelli, Kimberly Cirelli, Zheyuan Guo, Viktoriya London, Apurva Yeluru, Sindurathy Murugan, Karthikeyan Kandavelou, Nicolas Agier, Gilles Fischer, Kun Yang, J. Andrew Martin, Murat Bilgel, Pavlo Bohutski, Kristin M. Boulier, Brian J. Capaldo, Joy Chang, Kristie Charoen, Woo Jin Choi, Peter Deng, James E. DiCarlo, Judy Doong, Jessilyn Dunn, Jason I. Feinberg, Christopher Fernandez, Charlotte E. Floria, David Gladowski, Pasha Hadidi, Isabel Ishizuka, Javaneh Jabbari, Calvin Y. L. Lau, Pablo A. Lee, Sean Li, Denise Lin, Matthias E. Linder, Jonathan Ling, Jaime Liu, Jonathan Liu, Mariya London, Henry Ma, Jessica Mao, Jessica E. McDade, Alexandra McMillan, Aaron M. Moore, Won Chan Oh, Yu Ouyang, Ruchi Patel, Marina Paul, Laura C. Paulsen, Judy Qiu, Alex Rhee, Matthew G. Rubashkin, Ina Y. Soh, Nathaniel E. Sotuyo, Venkatesh Srinivas, Allison Suarez, Andy Wong, Remus Wong, Wei Rose Xie, Yijie Xu, Allen T. Yu, Romain Koszul, Joel S. Bader, Jef D. Boeke, and Srinivasan Chandrasegaran
Science 1249252Published online 27 March 2014 [DOI:10.1126/science.1249252]




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