Suele dar repelús decir que el ser humano modifica la vida en su propio beneficio. Se suele pensar en transgénicos y en armas biológicas creadas en los sótanos de sofisticados búnkers allá por el desierto de Arizona o en los bosques de Siberia. Suena peligroso y antinatural. Pero el hecho de comprarse un chihuahua en vez de un chucho ya es un acto de modificación de la vida, ya que se escogen unos genes. También se domestica al ganado y a las plantas, se suministran medicamentos que nos permiten llegar adonde antes no llegábamos y además se ha desarrollado una rama de la ciencia destinada a modificar los genes de los «bichos» para hacer mil y una cosas.
Dicho esto, hay una nueva rama de la ciencia que pretende ir un poco más allá. No solo busca crear seres vivos con capacidades no vistas en la naturaleza (como la de ser estupendos para producir un biocombustibles), sino que incluso intenta sintetizar sus componentes en el laboratorio. Es la era de la Biología Sintética.
El investigador del CSIC Víctor de Lorenzo (Madrid, 1957) es uno de los principales impulsores de esta nueva disciplina en todo el mundo. Ha publicado más de 250 trabajos científicos en centros de investigación de prestigio y forma parte de numerosos paneles internacionales. Copresidió el Grupo de Trabajo sobre Biología Sintética de la Comisión Europea y EEUU y esta semana impartió la conferencia inaugural del congreso anual de la Sociedad Española de Bioquímica y Biología Molecular (SEBBM), celebrado en Granada. Explica que la Biología Sintética consiste en observar a los seres vivos como lo haría un ingeniero, en base a sus componentes y sus funciones, con la intención de ensamblarlos como nos convenga. Al estilo de un Lego. Os dejamos con él para que os hable de la Biología Sintética.
–¿En qué consiste la Biología Sintética?
«Es como si uno tiene un “Mecano”, separa las piezas y las reutiliza para una cosa distinta»
La Biología Sintética es una disciplina que pretende mirar a los sistemas vivos con los ojos de un ingeniero. Como resultado ve a los seres vivos como objetos complejos compuestos por partes, dispositivos y módulos e intenta usarlos como elementos de construcción para crear otras cosas con propiedades que la naturaleza no ha inventado ni va a inventar. Es como si uno tiene un «Mecano», separa las piezas y las reutiliza para una cosa distinta. Esto se hace ahora, en el 90% de los casos, con bacterias.
-¿Y en un futuro se hará con células eucariotas? (Son las que forman parte de animales y plantas, tienen núcleo y compartimentos y son más complejas que las bacterias).
Sí, es más complicado, pero ya se está trabajando con levaduras, que resultan ser bastante manejables. También se está intentando programar plantas para darles nuevas capacidades. Por algún sitio hay que empezar, y de momento se trabaja con bacterias que tienen unos 500 genes, en vez de ir a sistemas con 40.000.
-¿Qué se puede conseguir con ella?
A corto plazo se pueden producir nuevas moléculas o programar a los microorganismos para hacer biocombustibles. A medio plazo, las bacterias podrán sustituir procesos de la industria química que son agresivos para el medio ambiente. Las cuentas saldrán en unos pocos años. A largo plazo se puede dejar volar a la imaginación. Posiblemente veremos un nuevo tipo de medicina no basado en tomar pastillas sino en hacer que nuestros propios microorganismos produzcan lo que necesitamos. O podremos ver un nuevo tipo de arquitectura en la que se pueda programar a las plantas para que tengan nuevas formas.
-En qué se diferencia la Biología Sintética de todo lo que se ha hecho hasta ahora?
Comparte con la Ingeniería Molecular tradicional las tecnologías básicas que se desarrollaron en los años ochenta para manipular el ADN. Pero en este caso la palabra ingeniería es una metáfora porque no se aplican los conceptos propios de las ingenierías, como la modelización o la cuantificación. Lo que se hacía era más probar con un gen, ponerlo en un sitio y ver lo que sucedía.
-Parece una forma algo caótica de hacer ciencia…
Los biólogos moleculares tienen una cultura muy anárquica. De hecho uno de los actos fundacionales de la Biología Molecular, el descubrimiento de la estructura del ADN y el famoso libro de Watson, está rodeado de gamberrismo… Cada laboratorio usa una técnica distinta. Por eso cuando alguien intenta reproducir un resultado obtenido en España en un laboratorio de Singapur, no lo consigue. Eso para un ingeniero es una cosa absurda por completo. Imagínese que no hubiera estándares en tornillos.
-¿Cómo se puede combinar la Ingeniería y la Biología?
El primer paso es preguntarse cuáles son los componentes de un sistema biológico. Igual que si uno se encuentra con un «Airbus» y se pregunta cómo funciona. Lo primero que tiene que hacer es escribir un catálogo de todos los componentes, desde el primer tornillo hasta el último. Con todo eso, se pueden identificar los módulos que se pueden emplear para hacer cosas distintas. La Biología Sintética pretende ir más allá de los límites de la naturaleza, busca emancipar a los sistemas biológicos de sus límites. El mirar a una bacteria con los ojos de un ingeniero nos permite identificar cuestiones que un biólogo no identificaría. Al final el problema que tiene una bacteria para organizar su metabolismo en un compartimento es el mismo problema que tiene una gran industria química para procesar miles de compuestos al mismo tiempo en un espacio reducido.
«La Biología Sintética pretende ir más allá de los límites de la naturaleza»
Pero hay una cuestión importante, en cuanto a la naturaleza material de las cosas. Un «Airbus» es duro, pero los sistemas biológicos son blandos. Mientras que un «Airbus» tiene tornillos, tubos, pero las bacterias tienen pegamentos, elastómeros, de cosas flexibles. Lo cual no quiere decir que no sea un sistema altamente eficiente, con una lógica interna que le permita funcionar eficazmente. Seguramente una de las necesidades de la Biología Sintética en el futuro sea desarrollar una ingeniería basada en materiales blandos. Y al mismo tiempo esto es uno de los retos actuales de la ingeniería.
–¿Se podría usar la Biología Sintética para crear bacterias peligrosas?
Los miedos hacia los agentes biológicos deben estar focalizados hacia los ya existentes. De momento no somos capaces, aunque tuviésemos malas intenciones, de hacer cosas más dañinas de las que hay en la naturaleza. Los microorganismos creados en el laboratorio son frágiles en el medio natural y aún no se sabe por qué muchas bacterias son virulentas. Aún aún así las empresas en el campo de la Biología Sintética se aseguran de que no se vendan componentes que puedan ser peligrosos.
–¿Se podrían construir seres vivos que fueran como pequeños ordenadores?
Cualquier sistema de computación se basa en puertas lógicas. Los ingenieros usan transistores o chips de silicio, pero los sistemas vivos usan promotores, RNAs o sRNAs, (sistemas para regular su funcionamiento). La estructura lógica de lo que hace una bacteria no es muy distinta de lo que hace un ordenador. Pero se lleva a la práctica de forma distinta.
Una de las posibilidades interpretativas que aporta la Biología Sintética a la Biología es toda la teoría de circuitos. En los ciruitos eléctricos hay conmutadores, resistencias, intensidad… En bacterias se puede entender que estamos viendo algo parecido, que hay promotores que actúan como puertas lógicas, que en vez de electrones, hay transcripción (expresión de los genes)… Al final tenemos algo con la misma operación y lógica que un circuito.
-¿Del genoma mínimo de Venter el siguiente paso es pasar al metabolismo mínimo?
El genoma mínimo permite entender cuál es el número mínimo de componentes para un sistema vivo desde el punto de vista de la biología fundamental. En el caso de Venter se parte de un genoma pequeño y se le quitan partes. Esto resulta interesante tecnológicamente pero desde el punto de vista biotecnológico es poco útil porque al quitarle al microorganismo tantos genes se le debilita tanto que es imposible que sea útil en un reactor o en condiciones ambientales. Lo que se pretende es mejorar los genomas quitando cosas que no interesan y metiendo otras que sí.
-¿Qué es la ortogonalidad en la Biología Sintética?
Es un concepto que viene de las matemáticas. Hace referencia a los ángulos rectos, que una cosa no tiene nada que ver con la otra, que se enfrentan de forma perpendicular. Por ejemplo, cuando un virus infecta a una célula es capaz de reprogramar por completo la célula en la que penetra, ignorando casi por completo la propia maquinaria de la célula. Por eso, los elementos de los virus son muy interesantes para desarrollar partes que luego se pueden reconectar y usarlos en otra cosa distinta (repurposing).
-¿Y por qué es interesante?
Lo es desde el punto de vista del funcionamiento y de la bioseguridad. Hay un temor, a veces razonado y a veces no, de que si uno fuerza mucho la ingeniería genética de los sistemas vivos, se pueda crear algo peligroso. Por eso hay quienes proponen, y yo soy partidario del asunto, crear sistemas vivos que sean ortogonales con la Biología Existente. Es decir, que tengan un código genético distinto, un sistema de expresión génica y una bioquímica tan distinta de lo que conocemos que no pueda interaccionar con nosotros en absoluto.
«algunos grupos de investigación pretenden cambiar el código genético»
En este sentido algunos grupos de investigación pretenden cambiar el código genético. Se intenta cambiar el significado de los codones, con nuevas polimerasas y nuevos ribosomas. Si eso suecede, sería ideal. Si entramos en contacto con nuestras bacterias nunca va a haber una interacción, esta sería la máxima seguridad. Sería tan ajeno a nuestra biología normal que nunca podría haber problemas. Además diversificar el código genético permitiría desarrollar nuevas proteínas.
-¿Crear vida Sintética plantea problemas éticos?
Es difícil enfocar el aspecto ético desde el punto de vista científico. Es legítimo plantearse estas cosas y no se puede marginar el impacto de la Biología Sintética en la bioseguridad y en otro tipo de aspectos. Hay que aprender lecciones del pasado y eso pasa por implicar a la sociedad en el debate. De hecho siempre que hay reuniones en la comunidad de Biología Sintética se afrontan las cuestiones éticas y la percepción social. Hay interés en incluir en el debate a los agentes afectados, desde pacientes que se puedan beneficiar a grupos ambientalistas.
-¿Si se crea un sistema vivo debe patentarse?
En la comunidad de la Biología Sintética hay una idea de que hay que relajar un poco la paranoia sobre la propiedad intelectual en el mundo de la Biología y de la Biotecnología. Y dejar que los conocimientos sean utilizados por distintos agentes sin estar limitados por las patentes o cosas de este tipo. Realmente la creatividad de las personas no debería estar obstaculizada por las dificultades en el acceso a la información.
-¿Está apostando España por la Biología Sintética?
Los grupos españoles que están en el campo son actores principales. Pero eso va a durar solamente mientras se esté en la fase de creación de tecnologías fundacionales en la que no es tan importante tener muchísimos recursos sino tener imaginación y creatividad, cosas en las que somos realmente muy buenos. Tenemos una presencia modesta en inversiones pero sería deseable que aprovecháramos la ventaja que hay ahora para que no se nos vaya dentro de unos años. España y la Unión Europea tienen que ver este campo como una fuente de desarrollo y futuro. De momento no lo ven con tanto entusiasmo como debieran.
–¿Puede el sistema científico español volver a su estado anterior a la crisis?
No puedo decir nada que no se haya dicho ya. La ciencia es una fuente de innovación y la Biología Sintética es uno de los campos más activos en este momento. Por eso creo que es importante mantener una apoyo sostenido. Solo puedo decir que espero que los dirigentes vean esta oportunidad y actúen en consecuencia. A veces es frustrante ver que las oportunidades pasan delante de nuestras narices y que no las agarramos. La oportunidad está ahora y ahora es el momento de fomentar el campo. Igual dentro de cinco años ya no estamos ahí. Y si la generación de investigadores no entra ahora se irá a otros países.
–¿Quizás sea necesario divulgar mejor la importancia de la ciencia?
Los científicos tienen el deber de explicar a la sociedad qué hacen con su dinero. Cada uno hace lo que puede, pero tienes razón. La ciencia moderna nació como una especie de entretenimiento de aristócratas ociosos, Darwin era un terrateniente, no tenía nada que hacer, se aburría e hizo sus descubrimientos.
«En una sociedad democrática los científicos tienen el deber de explicarle a la sociedad qué es lo que hacen con su dinero»
Hay un defecto fundacional en la ciencia de creer que los científicos pueden hacer sus cosas, que no son responsables ante nadie ni tienen que preocuparse y que basta su sabiduría para que les lluevan sus recursos. En una sociedad democrática los científicos tienen el deber de explicarle a la sociedad qué es lo que hacen con su dinero. Hay que huir de la cultura elitista que predomina en muchos ámbitos científicos.
-La empresa biotecnológica en la que es socio, BACMINE, ¿es un intento de superar la crisis, también de hacer la investigación más práctica o de financiarla más fácilmente?
Es un poco de todo. La empresa nació cuando se vio que había una enorme oportunidad de traducir estas tecnologías con un fin comercial. Si en Boston, en el MIT, en Standford los científicos promueven la creación de empresas de tecnología, ¿por qué no lo vamos a hacer nosotros? Por eso, de forma modesta iniciamos esta empresa. Tiene una estructura de «spin-off». En este caso, un grupo de científicos con muy poco dinero crea una empresa donde hay un flujo entre la investigación y la actividad comercial. Esto permite acercar los descubrimientos del mundo académico a una actividad comercial.
-¿Qué tipo de proyectos tenéis en vuestra empresa?
Estamos intentando que una Escherichia coli produzca anticuerpos y que desarrolle una especie de pseudo-respuesta inmune cuando se la exponga al antígeno. Hemos desarrollado un sistema que permite exponer sobre la superficie de bacterias la parte de los anticuerpos que interacciona con el antígeno. Esto la convierte en un macro anticuerpo que se queda pegado a las superficies. Ahora estamos intentando programar a la bacteria para que genere variedades de anticuerpos.
También estamos trabajando en el desarrollo de bacterias inteligentes que funcionen en biorreactores para procesos de interés industrial y que cuando noten que algo falla puedan reaccionar a ese cambio.
-Recientemente ha hablado de un nuevo concepto: el metabolismo egoísta. ¿En qué consiste?
Durante cuarenta años hemos vivido bajo el paradigma de que lo único importante en los sistemas biológicos son los genes. Que los genes mandan y el resto de la célula está a su servicio. El extremo de esta idea es el libro del gen egoísta, de Dawkins. Pero este concepto que ha dominado a la Biología Molecular hace aguas por todos los sitios. Yo argumento que los genes y el metabolismo son como los políticos y la economía. Los políticos mandan de vez en cuando pero lo que marca la gran diferencia es el cómo vaya la economía.
He propuesto el concepto de metabolismo egoísta, porque lo que empuja a los sistemas vivos a evolucionar en distintas direcciones no es la compulsión de mantener las secuencias de ADN sino la conquista de nuevos espacios químicos. Con esta idea es el ADN quien está al servicio del metabolismo.
Creo que la Biología Molecular está obsesionada con los genes. Es como si un ingeniero cuando ve una televisión, lo que más le fascinase fuese el diámetro de los cables. Eso es interesante pero no te ayuda a entender mucho cómo funciona el sistema. Por eso la Ingeniería es tan interesante como sistema interpretativo. No te centras en el material de la cosa sino en el funcionamiento.
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