14/Mar/09

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Segundo Génesis: Hacer nueva vida

El nombre más frecuentemente asociado con la búsqueda de infundir vida a la materia inanimada es el pionero de la secuenciación del genoma, Craig Venter. Sin embargo, pide se note una diferencia. "Sigo tratando de aclararlo, no estamos creando vida desde el principio", dice

El equipo de Venter en el J. Craig Venter Institute en Rockville, Maryland, planea retirar el genoma de una célula bacterial existente y reemplazarlo por uno de su propio diseño. Si tiene éxito, efectivamente resultará en una forma de vida nueva, pero es algo muy lejano del objetivo final de un segundo génesis, como Venter sería el primero en admitir.

Otros equipos, sin embargo, están luchando por conseguir ese objetivo final directamente. El más ambicioso de ellos ni siquiera depende del conjunto estándar de partes moleculares, sino que trata de rediseñar un sistema vivo desde los primeros principios. Si tiene éxito, proporcionarán una forma de vida completamente nueva, diferente de cualquiera que existe hoy, un logro comparable a encontrar vida alienígena en otros planetas, pero que plantearía nuevas cuestiones éticas y de seguridad (Vea Microbio Frankenstein).

Hace cuatro años, New Scientist hizo una reseña bibliográfica de un esfuerzo de este tipo conducido por Steen Rasmussen del Laboratorio Nacional Los Alamos en Nuevo Mexico (12 de febrero de 2005, p 28). En lugar de emular el sistema utilizado por las células existentes -una sopa aguada de biomoléculas encerradas en una membrana aceitosa- el "Bicho de Los Álamos" de Rasmussen consiste en biomoléculas incrustadas en la superficie de una gotita de aceite, como clavos de olor en una naranja.

En ese tiempo, Rasmussen esperaba que el éxito estuviera a sólo algunos años por delante. Hoy es más cauteloso. "Ninguna vida todavía", informa. "Pero nos estamos acercando... Estamos avanzando lentamente en nuestro camino." Rasmussen, ahora en la universidad de Southern Dinamarca en Odense, y su equipo están trabajando con constancia a través de una lista de objetivos intermedios. Por ejemplo, han convencido a su mínimo genoma de ADN a dirigir la producción de ácidos grasos, permitiendo que la gotita de aceite crezca, un paso clave en la bioquímica rudimentaria de su bicho. Ahora están tratando de probar que el genoma puede reproducirse mientras está pegado a la gotita, y que puede obligarse a la gotita a crecer y dividirse en sincronización con el genoma.

Mientras tanto, otro grupo ha saltado hacia delante desarrollando una molécula portadora de información que puede ayudar a hacer copias de sí misma. Es uno de los mayores obstáculos de la vida sintética. La mayor parte de los expertos suponen que una molécula que se auto reproduce -ARN más probable- debe haber jugado un papel en el origen de la vida sobre la Tierra, pero nadie ha sido capaz construir una.

Tracey Lincoln y Gerald Joyce del Laboratorio de Investigación Scripps en La Jolla, California, probaron una táctica ligeramente diferente. En lugar de una única molécula de ARN, hicieron dos, cada una capaz de construir una copia de la otra mediante la costura de dos medias moléculas proporcionadas por los investigadores.

Algunos piensan que las formas de vida más tempranas pueden haberse reproducido de una manera similar, trozo a trozo, con la evolución que iba reduciendo gradualmente el tamaño de los trozos hasta que llegó a la reproducción de letra a letra del ADN que vemos hoy. Si es así, los reproductores cruzados de Lincoln y Joyce serían lo más cercano a recrear el origen de la vida que nadie haya llegado. Efectivamente, las moléculas trabajaban tan bien que su población empezó a crecer de manera exponencial. "Fue la primera vez que ocurrió, excepto en biología", dice Joyce.

Incluso los ARN pasaron por una forma rudimentaria de evolución. Cuando los investigadores les proporcionaron con variadas moléculas precursoras, los reproductores seleccionaron una combinación que trabajaba de manera más eficiente y espontánea.

Sin embargo, está lejos de una verdadera evolución Darwiniana. Seleccionar entre una gama preordenada de opciones no es lo mismo que una capacidad de duración indefinida para crear nuevas variantes por mutación. Los reproductores cruzados no pueden ser considerados vivos hasta que pasen esta dura prueba, dice Joyce.

Hay dos otras pruebas que tendrían que aprobar para cruzar el límite de lo inanimado a lo vivo: llevar a cabo algunos procesos más bien metabólicos y separarse en alguna clase de paquete. El equipo de Joyce está tratando de construir nuevas funciones en el sistema con la esperanza de aprobar estas pruebas, pero probablemente esté muy lejos. Otros esfuerzos para diseñar células vivas desde el principio, notablemente los de Jack Szostak en Harvard University y Luisi de Pier-Luigi en el Instituto Federal Suizo de Tecnología en Zurich, tampoco es posible que lleguen pronto a su objetivo.

Sin embargo, hay todavía otro enfoque que parece más cerca de dar resultados. En lugar de volver al tablero de dibujo y diseñar vida desde el principio, George Church de Harvard Medical School y Anthony Forster de Vanderbilt University en Tennessee están recortando el proceso de diseño usando el conocido conjunto de herramientas moleculares de células existentes. Empezando con un conjunto de moléculas inanimadas, piensan montar un sistema vivo de reproducción del mismo modo que un aficionado podría montar un automóvil modelo. "Es complicado, pero creo que la gente está empezando a darse cuenta de que ésta podría ser la mejor oportunidad que tenemos para crear una célula viva sintética", dice Forster.

Así como un constructor de automóvil primerizo tendría que mantener las cosas tan simples como les sea posible, omitiendo control de crucero y aire acondicionado, Forster y Church empezaron desarmando su equipo hasta sus huesos desnudos. Terminaron con una lista de 151 biomoléculas esenciales: las proteinas y las ARN necesarias para reproducir ADN, hacer copias de ARN, y traducir ARN en moléculas de proteina (Biología del sistema molecular). El resto puede ser adquirido. Por ejemplo, en lugar de que sus células extraigan energía de la luz del sol o que conviertan el alimento en el químico portador de energía ATP, los investigadores les proporcionan ATP ya preparada. También planean renunciar a una membrana celular por el momento, haciendo funcionar a todo el sistema como una sopa liviana en una probeta.

Muchos de los componentes de esta célula mínima ya trabajan bien juntos. Las compañías de biotecnología venden con regularidad equipos comerciales para sintetizar ADN, ARN o proteínas en una probeta. Pero estos equipos sólo trabajan unas horas o días antes de que los componentes queden viejos y que la reacción los descompone. Para crear un sistema que funcione indefinidamente, Forster y Church también necesitarán añadir una molécula de ADN que codifique los 151 componentes, de modo que el sistema pueda hacer unos nuevos a medida que los necesite. En cuanto han combinado este ADN con un conjunto de componente de arranque, deberían en teoría terminar con un sistema que se reproduce y se desarrolla, o sea, que vive.

Reunir tantas piezas complejas es un desafío pero, de repente, la meta puede estar a la vista. En una conferencia de biología sintética en Hong Kong en octubre de 2008, Church y su colaborador en Harvard, Michael Jewett, informaron que habían solucionado uno de los mayores problemas del montaje: unir un ribosoma.

El ribosoma es la máquina de hacer proteínas de la célula y es uno de los artilugios moleculares más complejos de la vida. Consta de 57 proteínas y moléculas de ARN, que todas tiene que estar colocadas exactamente de la manera correcta. Muchos han tratado de lograr lo que Church llama "el mayor montaje en biología". Ahora que Jewett y Church han tenido éxito, hay terreno para esperar que la producción de alguna máquina molecular compleja es posible.

Hasta ahora, los investigadores sólo habían montado el ribosoma de componentes extraídos de células. Ahora han logrado repetir el montaje usando una versión sintetizada del mayor componente de ARN. Church ve que incorporar el resto de los ARN sintéticos es un desafío relativamente menor. "No hay nada que uno espere que salga mal, de la forma que esperábamos que las cosas salieran mal con el montaje", dice.

Incluso después de haber saltado ese obstáculo, es posible que surjan problemas imprevistos cuando los investigadores tratan de montar los 151 genes y sus productos en una unidad que funcione. "Hasta que uno lo prueba en realidad, no lo sabe", dice Forster. "Habiendo dicho eso, sabemos que las células pueden hacerlo, de modo que nosotros deberíamos poder hacerlo, tarde o temprano".

Algunos otros subsistemas ya están empezando a reunirse. Un equipo liderado por Tetsuya Yomo en la Universidad de Osaka en Japón ha creado un sistema similar al de Church, pero que consta de 144 partes en lugar de 151, en parte porque deja fuera el paso de ADN. En el sistema de Yomo, un diminuto genoma de ARN contiene las instrucciones para hacer una única proteína que, a su vez, ayuda a la molécula de ARN a reproducirse. Genes que hacen proteínas que hacen genes, cerrando el bucle por primera vez en un sistema sintético, una hazaña que el equipo de Church tiene que lograr todavía. "Hemos pasado 10 años para llegar a este nivel", dice Yomo.

La vida sintética no es aún un titular de periódico que espera ocurrir. Pero cada equipo de investigación que se ha embarcado en esa búsqueda informa buenos progresos, y el objetivo de crear un ser vivo desde químicos inanimados es ahora una posibilidad menos vaga que una meta positiva con un claro mapa de carreteras que conduce hacia allí. "Me estoy poniendo más confiado en mi pronóstico de cinco a diez años", dice Deamer.

Segundo Génesis: Vida, pero no como la conocemos

Cuando el ganador del Premio Nobel en Física, Richard Feynman, murió en 1988, su pizarra tenía esta inscripción, "Lo que no puedo crear, no lo comprendo". Según esa medida, los biólogos todavía tienen mucho que aprender, porque todavía nadie ha logrado convertir una sopa química en una forma de vida que evolucione y se reproduzca. Todavía estamos atorados con Vida 1.0, las cosas que se aceleraron primero hace al menos 3.500 millones de años. No ha habido nada nuevo bajo el sol desde entonces, hasta donde sabemos.

Parece posible que eso cambie. Alrededor del mundo, varios laboratorios se están acercando al umbral de un segundo génesis, un logro que algunos llamarían uno de los progresos científicos más profundos de todos los tiempos. David Deamer, bioquímico en la University of California, Santa Cruz, ha estado diciendo durante tres décadas que los científicos crearán vida sintética en "cinco o diez años", pero finalmente podría tener razón. "La velocidad se está incrementando", dice. "Estamos golpeando en la puerta".

Mientras tanto, se realiza una búsqueda no menos profunda de una "biosfera fantasma", formas de vida que están desvinculadas de la vida que conocemos porque son descendientes de un origen independiente de vida. Sabemos con seguridad que la vida empezó en la Tierra una vez, entonces ¿por qué no podría haber ocurrido dos veces? Muchos científicos argumentan que no hay razón por la que no haya ocurrido un segundo génesis, y ninguna razón por la que sus descendientes no vivan entre nosotros todavía.

De modo que la aparición de un organismo "alienígena" parece inminente; podemos encontrar uno que apareció naturalmente, o por ingeniería en el laboratorio. De cualquier manera, es un paso trascendental. Hasta ahora, los biólogos han tenido que basar su conocimiento de la vida en las plantas, los animales y los microbios que nos rodean, que comparten un antepasado común. Eso no ofrece mucha perspectiva.

"Cuando uno tiene un único ejemplo, es muy difícil saber si es representativo", dice Carol Cleland, filósofo de la ciencia y astrobióloga en la University of Colorado en Boulder. "Si usted fuera un biólogo alienígena interesado en comprender qué es un mamífero, y todo lo que usted tiene es una cebra, es muy improbable que se concentre en sus glándulas mamarias porque sólo la mitad de las muestras las tienen. Probablemente se concentraría en las rayas, que son ubicuas".

Descubrir -o crear- un segundo génesis no ampliaría nuestra visión de la vida. Las formas de vida alternativas podrían proporcionar a los biotecnólogos moléculas frescas y nuevas funciones que podrían aplicar a problemas prácticos. Un sistema sintético vivo, hecho a medida, incluso podría servir como una línea de montaje adaptable, que se auto mantiene y auto mejora, para producir de todo, desde fármacos hasta productos petroquímicos. En las próximas cuatro páginas primero informamos sobre el rápido progreso en el laboratorio, y luego traemos noticias de campo, como la carrera de los investigadores para hacer lo que podía ser uno de los progresos más trascendentales de la ciencia.

Segundo Génesis: La búsqueda de la vida fantasma

Mientras algunos investigadores están intentando crear flamante vida en el laboratorio, otros están buscando vida alienígena sobre Marte y, finalmente, en todas partes del Sistema Solar. Este floreciente campo de la astrobiología tiene un retoño menos conocido justo aquí sobre la Tierra: La búsqueda de una "biosfera fantasma", una segunda forma independiente de vida, desvinculada de la clasificación que conocemos (Astrobiology, vol 5, p 154).

Después de todo, muchos astrobiólogos creen que dadas las condiciones correctas, cualquier sopa molecular suficientemente compleja tiene una buena oportunidad de generar vida si se cocina a fuego lento el tiempo suficiente. Si eso es cierto, parece posible que la vida no haya aparecido sobre la Tierra una vez, sino varias veces. Los nuevos orígenes de la vida son improbables hoy, porque la vida existente se engulliría cualquier conjunto de moléculas prebióticas antes de que pudieran avanzar sobre el umbral. Sin embargo, bien pueden haber existido oportunidades del origen de la vida durante largos períodos sobre la Tierra temprana. Algunos de estos orígenes pueden haber sido callejones sin salida, perdedores ante otras formas de vida; pero otros todavía podrían estar viviendo entre nosotros, inadvertidos.

Tan grande como Darwin

"Creo que si encontráramos una segunda muestra de vida sobre la Tierra, sería tan grande como la teoría de la evolución de Darwin", dice el cosmólogo y astrobiólogo Paul Davies en Arizona State University en Tempe. "Respondería a la pregunta más fundamental que podemos imaginar, y es: ¿Estamos solos en el universo?"

Los escépticos podrían refutar que esa vida fantasma pueda haber pasado inadvertida durante tanto tiempo, pero Davies y sus colaboradores tienen una simple respuesta: nunca hemos mirado apropiadamente. Esa vida tomaría la forma de microbios unicelulares probablemente, de modo que no esperamos que los naturalistas la descubran con toda tranquilidad, como si fuera algún loro raro. Y las técnicas que los microbiólogos usan para detectar vida -tiñendo para ADN, secuenciando ADN, y cultivando microbios en el laboratorio- suponen que los microbios tienen la bioquímica normal.

"No podrían detectar una forma alternativa de vida microbiana", dice Carol Cleland, filósofo de la ciencia y astrobióloga en la University of Colorado en Boulder. Considerando que han sido cultivados y descritos menos del 1% de los microbios, hay abundante espacio para que la vida fantasma esté viviendo justo debajo de nuestras narices.

Sin embargo, la tarea de buscar la vida fantasma sobre la Tierra es mucho más difícil que buscar vida en otros planetas. "Este planeta está fuertemente contaminado con la vida como la conocemos", dice Shelley Copley, bioquímico en la University of Colorado. Eso significa que los investigadores no pueden buscar evidencias de metabolismo o la presencia de grandes biopolímeros, porque la vida corriente inundaría cualquier signo de vida fantasma. En cambio, los que acechan la vida fantasma tienen que ser más creativos.

Un camino prometedor es explorar los ambientes extremos que están más allá del alcance de la vida convencional, como los desiertos ultra secos, las capas de hielo, la atmósfera superior o las aberturas hidrotermales más calientes (ver Los intraterrestres).

Otro es crear maneras de detectar bioquímicas alternativas. En el primero y hasta ahora único experimento de esta clase, Richard Hoover, microbiólogo en el Centro de Ciencia Espacial y Tecnología de la NASA en Huntsville, Alabama, fueron buscando "vida espejo". Los organismos normales usan azúcar diestras y aminoácidos zurdos casi exclusivamente, y evitan sus equivalentes opuestos. ¿Pero qué pasaría si la vida fantasma desarrolló la preferencia opuesta? Hoover y su colega Elena Pikuta crearon caldos nutrientes que contenían solamente azúcares zurdos y aminoácidos diestros, los inocularon con raros microbios extremófilos y esperaron a ver si algo crecía.

"Ante nuestro gran asombro, descubrimos que teníamos algunos microorganismos que eran capaces de crecer", recuerda Hoover. Pero en un examen más preciso, los microbios fantasma resultaron ser bacterias corrientes con metabolismos anormales.

Cleland piensa que hay otros lugares donde mirar. "Creo que debemos buscar las anomalías", dice. Por ejemplo, algunos investigadores han informado sobre unas nanobacterias que muestran algunas de las características de la vida pero que son demasiado pequeñas para ser células corrientes.

Una anomalía aun más prometedora, dice Cleland, es una capa delgada y rica en manganeso que se forma en la superficie de las rocas, especialmente en lugares calurosos y secos. "Todos piensan que saben qué es el barniz del desierto, pero no todos coinciden", dice Cleland. "No hay acuerdo sobre si es producido por un proceso vivo o por uno inanimado". El barniz en capas se parece mucho a los primitivos felpudos microbianos llamados stromatolites, pero en su mayor parte, los microbios están ausentes. Los objetos que parecen bacterias están ocasionalmente presentes, pero nunca han sido caracterizados completamente. "Lo que realmente son, no tengo ninguna idea", dice Ronald Dorn, que estudia barniz de roca en la Arizona State University.

En septiembre de 2008, Cleland y sus colegas tomaron muestras de barniz del desierto. Esperan encontrar proporciones anormales de elementos que puedan apuntar a alguna clase de proceso metabólico, pero con una firma que difiere de la de la vida corriente. Esperan tener algunos resultados antes de fin de este año.

No es probable, dice Norman Pace, microbiólogo en la University of Colorado y que es uno de los investigadores que Cleland ha reclutado para examinar el barniz del desierto. "La única razón para invocar [vida fantasma] es que no sabemos qué produce el barniz del desierto", dice. Sin embargo, está deseando echarle una mirada.

Davies espera que más investigadores empiecen a buscar la vida fantasma. Incluso si no la encuentran, la búsqueda podría mostrar secciones antes desconocidas del árbol familiar de la vida. "De modo que vale la pena hacerlo, de todos modos, incluso si se ha convencido de que estamos solos en el universo", concluye.

Fuente: New Scientist. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard