biología sintética

Autor: ANDRÉS MOYÁ SIMARRO

I. Historia y definición.—En la dinámica interna de la ciencia es habitual encontrarse con la formulación de nuevos temas alrededor de los cuales se amontonan conceptos, métodos y resultados en suficiente cantidad y cualidad como para que aquellos que los proponen sugieran que estamos frente a una nueva ciencia. No obstante también suele ocurrir, cuando el tema en cuestión es analizado en su contexto histórico, que buena parte de lo que se pretende con la nueva ciencia ya estaba implícito en otras materias ya existentes que, con diferente denominación, pretendían lo mismo. La Biología sintética es un ejemplo paradigmático. Pero aún hay más, porque todavía estamos tras la elaboración de una definición de consenso e incluso un lenguaje común que permita delimitar lo más nítidamente posible qué es y qué no es Biología sintética.
1.1. Perspectiva histórica.—Jacques Loeb, uno de los fundadores de la química de proteínas, allá por 1908, sugiere que el verdadero objetivo de la Biología como ciencia era la producción de vida en el laboratorio. Es más, y en buena premonición de lo que sería la disciplina un siglo después, manifiesta que podemos entender las cosas si las fabricamos. Nos deja con ello ante la duda de si esa es la única forma por la que podemos decir de algo que lo entendemos. En 1912 el biólogo francés Stéphane Leduc escribe un libro que lleva por título La biologie synthétique. Tras ser consciente de los logros de la síntesis química de moléculas orgánicas Leduc se pregunta, de forma análoga, en qué medida pueda ser menos admisible hacer una célula que una molécula. No hay duda, y son sólo dos ejemplos, que existen precedentes a considerar cuando hablamos de Biología sintética. Peretó y Catalá (2007) sostienen, muy apropiadamente, que más bien a lo que asistimos es a una especie de renacimiento de la materia, y de hecho cabe preguntarse en qué medida la ciencia no es una especie de continuo renacimiento. Pero: ¿qué se aporta de nuevo en los tiempos que corren a esa vieja aspiración de sintetizar la vida en el laboratorio?
1.2. Controversia definicional.—La Biología sintética del momento es Ingeniería genética y metabólica que se puede desarrollar a partir del conocimiento de los genomas. Las ciencias ómicas (genómica, transcriptómica, metabolómica, etc.) nos brindan de forma creciente un conocimiento que a la vez es global y profundamente detallista. La Biología sintética es una ciencia que interviene o diseña lo vivo y, por lo tanto, es una especie de ingeniería biológica de amplio alcance en la medida que pretende tal intervención o diseño sobre la base de un conocimiento bien fundado de los sistemas biológicos. Con respecto a la Ingeniería genética clásica, la Biología sintética parte de un conocimiento de conjunto más amplio y, por lo tanto, la naturaleza de su intervención puede ser de mayor calado. La Biología sintética requiere del conocimiento de la estructura de los genomas, pero también de la expresión y regulación de sus genes, de las redes metabólicas, del funcionamiento de sus proteínas y del mapa de las interacciones entre ellas. Otro elemento que se añade a este conglomerado de conocimiento es el de la simulación computacional, puesto que cualquier construcción que pudiera llevarse a cabo se simula, se evalúan sus propiedades y, en todo caso, tratan de establecerse o averiguarse los límites o umbrales de la misma. Por lo tanto, la modelización cuantitativa es otra de las señas de identidad de la Biología sintética.
¿Dónde radica, pues, la controversia a la que se viene haciendo referencia? Los ingenieros del Massachussets Institute of Technology (MIT) han formulado una visión un tanto diferente a la aquí expuesta sobre lo que se entiende por Biología sintética. Es una visión con una componente más fuerte de ingeniería de la que aquí se presenta. Los conceptos clave que manejan son los estandarización y catalogación de las llamadas partes intercambiables (o BioBricks; véase www.biobricks.org), que se puedan combinar para diseñar nuevos circuitos genéticos y metabólicos, muchos de ellos constituyendo entidades nuevas que, apropiadamente introducidas en las células receptoras, van a permitir llevar a cabo funciones nuevas, a la carta. La diferencia fundamental entre la concepción sistémica y la ingenieril de la Biología sintética es que la primera hace un énfasis importante en conocer los detalles de los componentes biológicos, mientras que la segunda más bien hace un esfuerzo por controlarlos. Se esperaría según la concepción ingenieril, que las partes biológicas (sean proteínas, factores de trascripción, secuencias promotoras u otros elementos) tuvieran un comportamiento totalmente fiable y predecible en cualquier contexto, que fueran totalmente intercambiables, lo que es más que dudoso bajo la concepción sistémica. Por ejemplo, puede que una proteína actúe de una determinada manera en un contexto en el que la hemos caracterizado y manifestar otras propiedades o funciones en un contexto diferente. ¿Podemos prever o controlar todas sus posibles manifestaciones o evitar que su función franquee unos márgenes determinados? Esta acepción de control es la que prevalece en la visión ingenieril. Pero si algo está emergiendo con fuerza en la era de las ciencias genómicas aplicadas a la vida celular es que muchas proteínas tienen más de una función (moonlighting o pluriempleo) y, en la mayoría de los casos apenas si les atribuimos sólo una. Por tanto, no se puede descartar que emerjan nuevas e inesperadas propiedades al reunir partes que fueron caracterizadas en otro contexto diferente.
1.3. Células mínimas.—De la concepción ingenieril está excluida la noción de la síntesis artificial de vida que, como se comentaba, nos llevaría de nuevo a los objetivos de Loeb o Leduc. Su pragmatismo y carácter hiperaplicado les lleva a renegar de este objetivo que, por otro lado, conecta como decimos con la historia de la investigación biológica. La idea se puede aproximar de dos formas. Bajo la primera, más contundente, se pretende conseguir la síntesis química de un organismo elemental. Bajo la segunda se minimiza o reduce el genoma y la complejidad de un microorganismo que ya existe. Ambas aproximaciones tienen muy presente la noción de simplicidad, no solo para lograr una forma elemental viva, sino también porque va a ser más fácil comprenderla y modificarla en la dirección deseada. La simplicidad, en cualquier caso, depende del contexto ambiental y los recursos que alimenten al organismo simple. En otras palabras, la dependencia de la complejidad de la red metabólica con la complejidad del entorno hace que realmente no exista una célula mínima, sino tantas como ambientes se puedan imaginar. La idea de célula mínima, cuya simplicidad es función de la complejidad ecológica, fue introducida por Harold J. Morowitz (1992).
El grupo de Craig Venter ha determinado los genes esenciales de una de las bacterias cultivables de genoma más pequeño que existe, Mycoplasma genitalium, y ha presentado una patente sobre la lista de 381 genes. Por otro lado, el mismo grupo ha conseguido sintetizar químicamente el genoma completo de dicha bacteria de 582.970 pares de bases. Como podrá apreciarse, su aproximación combina las dos formas de entender la síntesis de una célula mínima a la que se hacía referencia en el párrafo anterior. ¿Qué más hay que hacer? No sólo hay que fabricar un genoma, suponiendo que conocemos la lista de genes, sino que debemos saber en qué orden hay que disponerlos, qué secuencias reguladoras debe contener, cómo van a interaccionar todas sus proteínas, qué metabolismo es el que va a sostener la vida celular mínima, etc. Si el objetivo es una célula natural minimizada, ya podemos decir que hemos dado grandes pasos. Pero si el objetivo es la síntesis química de una célula, todavía nos queda un trecho.
1.4. Biología sintética y origen de la vida.— Conviene hacer mención a la relación que la Biología sintética tiene con los estudios sobre el origen de la vida, otra de las tradiciones de investigación que podrían caber dentro del campo si el concepto de Biología sintética se entendiese en una dimensión más laxa. En efecto, existe una larga tradición científica que ha reflexionado y experimentado sobre un asunto de tanta trascendencia. Así tenemos desde los primeros postulados de Oparin y Haldane, la Química prebiótica fundada por Miller o el modelo del quimiotón de Gánti (2003). Sin entrar en detalles hemos de apreciar que la síntesis química en Biología sintética va a servirse del conocimiento que ya tenemos sobre la biología molecular de las células existentes. Otra cuestión diferente, aunque relacionada, es la naturaleza del proceso que dio lugar al origen de la vida con unos componentes forzosamente más sencillos y, por lo tanto, probablemente mucho más difíciles de poder determinar a los efectos de poder aproximarnos experimentalmente a ella.

II. ¿Qué podemos esperar de la Biología sintética?— La Biología sintética es una disciplina que nace con una vocación claramente aplicada. Si al final disponemos de una célula que admita y exprese genomas sintetizados químicamente, se po drían diseñar circuitos que confieran a la célula artificial propiedades de interés biotecnológico o biomédico. Temas tales como células fijadoras del dióxido de carbono, biorremediadoras de contaminación ambiental, o vectores vivos dirigidos a determinadas células o sistemas dañados de nuestro organismo son proyectos que están ahora mismo en marcha y que tiene un horizonte de realización de unos cuantos años.
Convendría hacer una matización, en todo caso, sobre la complejidad de los fenómenos biológicos, con independencia de si perseguimos o no la síntesis de un ser vivo artificial sencillo. Y es que la complejidad celular es tal que no hay día que no descubramos algo nuevo en los organismos que investigamos y sus propiedades. Hemos de tener muy presente cuando nos encaminamos hacia este campo tan aplicado la noción de emergencia, la aparición de un comportamiento inesperado e inexplicable. El conocimiento y la explicación de la biología del sistema que se pretende construir puede ser, en términos prácticos, un asunto de gran importancia para el adecuado diseño de células o circuitos biológicos máximamente controlados de forma tal que se disponga, adecuadamente, de detectores de propiedades no previstas. La concepción de la Biología sintética como ingeniería biológica también es consciente de este problema, puesto que su idea de fabricar componentes estándar de circuitería biológica se basa precisamente en el supuesto de que los mismos van a comportarse siempre de la misma forma. Pero hemos de preguntarnos cuánto control o detección va implícita en las partes que se van construyendo.
2.1. Consideraciones filosóficas y éticas.—De lo comentado anteriormente queda claro que estamos frente a un programa de investigación de grandes dimensiones y por lo tanto, de amplio calado filosófico y ético. De la dimensión filosófica no cabe la menor duda: estamos frente al viejo sueño prometeico de crear vida en el laboratorio. Como ya se ha matizado, la noción de síntesis varía desde la más directa síntesis química hasta otra, más próxima y de gran aplicabilidad, que se basa en la construcción de circuitos o partes biológicas implicadas en la realización de operaciones biológicas nuevas, y también en la modificación y minimización de células naturales que sirvan como receptáculos de las partes anteriormente mencionadas.
En segundo lugar, la naturaleza de estas nuevas construcciones artificiales, y su eventual control, nos sitúa en el ámbito del debate, ya largo, sobre la Ingeniería genética y la liberación al medio de organismos modificados genéticamente. La única perspectiva nueva que añadir a este debate podría radicar en el hecho del conocimiento genuinamente elevado y amplio que vamos a disponer de la entidad artificial sintetizada.

Véase: Biodiversidad humana, Biodiversidad no humana, Biología molecular, Biotecnología, Ingeniería genética, Organismo modificado genéticamente, Principio de Precaución, Riesgo.

Bibliografía: GANTI, Tibor, The principles of life, Oxford University Press, Oxford, 2003; LEDUC, Stéphane, La biologie sinthétique, A. Poinat, Paris, 1912; LOEB, Jacques, Dynamics of living matter, Macmillan, New York, 1906; MOROWITZ, Harold J., Beginnings of cellular life, Yale University Press, New Haven, 1992; PERETÒ, Juli / CATALÁ, Jesús, «The Renaissance of synthetic biology», Biological Theory, núm., 2, 2007, págs. 128-130.