ls investigadores del laboratorio de Harvard de George Chuch han modificado genéticamente una bacteria, E. coli , para que sea totalmente inmune a los virus.
Además de bloquear todos los virus con los que el equipo lo ha desafiado hasta ahora, su E. coli también ha sido diseñado para que sus genes modificados no puedan escapar a la naturaleza, lo que de hecho suena como la trama de una novela perdida de Michael Crichton. (De hecho, los paralelos con Jurassic Park están ahí, pero llegaremos a eso).
“Creemos que hemos desarrollado la primera tecnología para diseñar un organismo que no puede ser infectado por ningún virus conocido”, dijo Akos Nyerges, investigador en genética y autor del estudio.
“No podemos decir que sea completamente resistente a los virus, pero hasta ahora, según extensos experimentos de laboratorio y análisis computacionales, no hemos encontrado un virus que pueda romperlo”.
“Creemos que hemos desarrollado la primera tecnología para diseñar un organismo que no puede ser infectado por ningún virus conocido”.
AKOS NYERGES
Producción y protección: los principales resultados del estudio, publicados en Nature, podrían tener grandes implicaciones para el futuro de la producción basada en bacterias, por ejemplo, el uso de bacterias para fabricar medicamentos.
Las células y las bacterias se pueden usar como pequeños laboratorios o fábricas, produciendo cualquier cantidad de pequeñas moléculas y compuestos biológicos. E. coli , con su genoma bien conocido y su reputación como caballo de batalla, se usa para la producción de casi dos docenas de productos biofarmacéuticos, incluida la insulina , y también se usa para fabricar biocombustibles.
Pero mientras que el aprovechamiento de bacterias como E. coli puede subcontratar la química compleja a los organismos para quienes es, ejem , una segunda naturaleza, también deja estos procesos vulnerables a los virus.
“La contaminación viral en cultivos celulares sigue siendo un riesgo real con graves consecuencias: en las últimas cuatro décadas, se documentaron docenas de casos de contaminación viral en la industria”, escribieron los autores en su estudio.
Coli resistente a virus . Pero cuando Nyerges, el investigador Siân Owen y la estudiante graduada Eleanor Rand los desafiaron con virus aleatorios encontrados en la Facultad de Medicina de Harvard, incluidos algunos de un nido de ratas y el cercano río Muddy, las bacterias demostraron estar lejos de ser invencibles.
El intento de Cambridge se basó en diseñar la bacteria para hacer todo lo que necesitaba utilizando solo 61 conjuntos de bloques de construcción genéticos, llamados codones, en lugar de 64. Sin esos codones faltantes, se pensó, los virus no podrían secuestrar las células.
Coli resistente al virus , el equipo usó un tipo especial de ARN.
Este no resultó ser el caso.
En lugar de ser paralizados, los virus simplemente trajeron sus propias piezas genéticas, rompiendo el cortafuegos y volviendo a lo que mejor saben hacer: infectar, replicar, repetir.
En lugar de eliminar los codones, el equipo de Harvard decidió alterar lo que hacen los codones.
Introduzca el ARN: el nuevo trabajo se centra en un tipo específico de ARN llamado ARN de transferencia (ARNt).
El trabajo del tRNA es reconocer cada codón en el ADN y luego agregar el aminoácido correcto a cualquier proteína que se esté creando, algo así como poner un componente clave en un automóvil en la línea de producción. El equipo de Cambridge había eliminado los codones llamados TCG y TCA y el ARNt que los reconoce de sus bacterias. Ambos codones dirigen al tRNA para instalar serina, un aminoácido, en la proteína que se está ensamblando.
El equipo de Harvard fue un paso más allá, al agregar ARNt “tramposo”; cuando ven TCG o TCA, instalan un aminoácido diferente, llamado leucina, en lugar de serina.
“La leucina es tan diferente de la serina como se puede obtener, física y químicamente”, dijo Nyerges.
Cuando un virus atraviesa la puerta con TCG y TCA, el embaucador ARNt le desliza leucina en lugar de serina, creando proteínas virales no funcionales y bloqueando su replicación. (El virus trae su propio ARNt a la fiesta, pero el equipo de Harvard cree que el ARNt de sus células lo supera).
“Fue un gran desafío y un gran logro demostrar que es posible intercambiar el código genético de un organismo, y que solo funciona si lo hacemos de esta manera”, dijo Nyerges.
El equipo cree que sería necesario que un virus desarrollara docenas de mutaciones, en lugares específicos y al mismo tiempo, para secuestrar su E. coli .
El equipo de Harvard agregó ARNt “tramposos” que instalan un aminoácido diferente. Esto crea proteínas virales no funcionales y bloquea la replicación.
Cortafuegos genéticos: Hablando de Michael Crichton, un sello distintivo de los libros del autor es que la ciencia se suelta y causa estragos: piense en Jurassic Park . Los investigadores tomaron esta preocupación en serio: una bacteria que puede resistir a todos sus enemigos naturales, el virus, podría ser un problema real en la naturaleza.
Coli modificado genéticamente , los investigadores utilizaron dos mecanismos de seguridad diferentes.
El primero fue para evitar la transferencia horizontal de genes, un proceso natural que permite que las bacterias intercambien genes entre sí directamente. Para evitar que el código diseñado sea cooptado por una bacteria salvaje, el equipo convirtió todos los codones de leucina en su E. coli en TCG o TCA.
Esto no es un problema para el embaucador ARNt de las células modificadas, que usa TCG y TCA para producir leucina de todos modos. Pero en un organismo no diseñado, TCG y TCA son para serina , no para leucina. El uso de serina en lugar de leucina conducirá a proteínas chatarra, código genético “galimatías”, como lo expresó Nyerges. Y si un ARNt engañoso entra en una célula normal, su intercambio de aminoácidos matará a la nueva célula, con suerte deteniendo la fuga.
Para la otra salvaguarda del equipo, volvemos a Jurassic Park . En el libro y la película, los animales se vuelven dependientes de un aminoácido llamado lisina que les da el parque; sin la lisina, mueren. Teóricamente, esto significa que cualquier dinosaurio que escapó habría tenido tiempo prestado.
La E. coli del equipo también se hizo dependiente de un aminoácido, uno que no existe fuera del laboratorio. Sin aminoácidos, sin bacterias.
“No podemos decir que sea completamente resistente a los virus, pero hasta ahora, según extensos experimentos de laboratorio y análisis computacionales, no hemos encontrado un virus que pueda romperlo”.
AKOS NYERGES
Próximos pasos: a continuación, el equipo quiere utilizar su ingeniería de codones para crear bacterias resistentes a las infecciones que puedan fabricar materiales importantes que, de lo contrario, necesitarían una química complicada, sin el riesgo constante de contaminación por un solo virus.
El trabajo también puede resultar fundamental para la ingeniería genética en el futuro.
“Nuestros resultados pueden proporcionar la base para una estrategia general para hacer que cualquier organismo sea resistente de manera segura a todos los virus naturales y evitar que la información genética fluya dentro y fuera de los organismos genéticamente modificados”, escribieron los autores.