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Juego de Dios: organismos artificiales

Algo así como un teaser. Los xenomorfos existen. Los científicos crean xenomorfos. Los científicos crean xenomorfos por razones de seguridad. Estoy conmocionado. Debajo del corte, más sobre esto (y esto, por cierto, oficialmente se llama xenobiología) y mucho más de lo que hacen los biólogos modernos. ¡No es todo lo que necesita leer sobre COVID-19!

Esta es la primera parte de un texto basado en un episodio de podcast sobre organismos artificiales.



Publicado por Malcolm Lightbody

Este es uno de los episodios de mi podcast. Un artículo basado en el episodio de agotamiento se puede encontrar aquí .

Hablamos con Masha Shutova del fondo de capital de riesgo 4biocapital , Inna Zucher de Oxford y Sergey Nurk del Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano.

Que haya bioluminiscencia


En el contexto de los organismos artificiales, los objetos luminosos son lo primero que se le ocurre a un aficionado. Inmediatamente recuerdo los ratones verdes luminosos o la startup que crea plantas de interior luminiscentes. Cualquiera que por primera vez en su vida escuche sobre cactus luminosos, ratones y cerdos, inmediatamente comienza a atormentar la pregunta: "¿Por qué los científicos hacen esto?"


Fuente

Uno de los ejemplos más brillantes de los beneficios de este tipo de investigación es un hermoso descubrimiento que arroja luz (en todos los sentidos de la palabra) sobre la detección y el tratamiento del cáncer colorrectal. Los científicos han publicadoen las células intestinales, una construcción genética que consistía en cuatro genes conectados secuencialmente entre sí, brillando en diferentes colores. Además, estos genes se mezclaron en orden aleatorio y en la salida teníamos un cierto número de células que brillaban en diferentes colores. Luego les dieron para crecer, y sus "hijos" heredaron el color correspondiente. El resultado fue una imagen muy hermosa que muestra dónde los "padres" son células y dónde los "niños" son células. Con este método, es posible mostrar de qué células se produce el cáncer con alta probabilidad.

Hablando de ratones verdes, hay un hecho interesante. Ahora hay muchas flores con las que puedes "resaltar" las proteínas, pero una de las primeras son las ardillas verdes de las medusas. La idea de usarlos para tal "punto culminante" fue patentadaen Rusia, por lo que pueden considerarse nuestro orgullo nacional.


Fuente

En 2006, se criaron lechones verdes luminosos en la Universidad Nacional de Taiwán, al introducir un gen de estas proteínas en la cadena de ADN de un embrión y al implantarlo en el útero de una cerda. En ese momento, los cerdos verdes ya existían, pero solo se observó fluorescencia parcial en ellos. Los animales obtenidos después del experimento bajo la guía del profesor Wu Shin-ji se convirtieron en los únicos cerdos en el mundo cuyo corazón verde y órganos internos eran verdes. Como en el primer caso, los científicos consideran que estos experimentos son la posibilidad de observación visual del desarrollo de tejidos durante el trasplante de células madre.


Cerdos brillantes en el fondo de un cerdo ordinario

Los investigadores que estudian la regeneración siguen utilizando activamente la capacidad de controlar visualmente lo que sucede con las células de cierto tipo. Por ejemplo, un científico corta las aletas de algunos peces desafortunados y luego observa cómo estas aletas vuelven a crecer. Para tales estudios, las proteínas fluorescentes se usan muy activamente. El genoma del pez se modifica para que la proteína luminosa le permita rastrear cómo ocurre la propagación de células de cierto tipo en la aleta restaurada.

También puede hacer biosensores basados ​​en estas proteínas luminosas: insértelos en la bacteria y haga que comience a expresar la proteína a cambio de un cierto estímulo externo. Un buen ejemplo de la aplicación de esta tecnología: investigaciónque están tratando de hacer un biosensor para detectar productos de descomposición de explosivos. Entonces, por ejemplo, puede detectar minas que aún no se han despejado.

Al principio había una palabra, y la palabra era de nucleótidos.


Pasemos de organismos artificiales que vemos a simple vista a organismos artificiales que no se pueden notar a simple vista, pero que no son menos útiles. Por ejemplo, en biología celular y, en particular, en la terapia celular del futuro, hay una dirección separada: no solo puede reemplazar algunas células de las que carece el cuerpo, sino también hacer que estas células produzcan algo que es importante e interesante para nosotros Por ejemplo, la misma insulina. Ahora hay muchos estudios en esta dirección, pero hasta ahora ninguno de ellos está llegando a su conclusión lógica. Sin embargo, ideas como "hagamos células que liberen insulina en respuesta a la glucosa y, por lo tanto, ayuden a las personas con diabetes tipo 1" a sonar regularmente.

En general, ahora hay una línea de investigación completamente separada relacionada con la creación de microorganismos artificiales. Existe esa persona, Craig Venter, tiene una institución, respectivamente, Craig Venter. Durante los últimos veinte años, los científicos de este instituto han estado tratando de crear una bacteria con un conjunto mínimo de genes. Tomaron una bacteria llamada micoplasma. Esta es una bacteria parasitaria, que inicialmente no tiene muchos genes, alrededor de mil. A modo de comparación: E. coli tiene casi cinco mil. Entonces tomaron un tipo de micoplasma, le quitaron el ADN y colocaron allí el cromosoma sintetizado artificialmente de otro tipo de micoplasma. Por lo tanto, se demostró que uno puede hacer otro a partir de un micoplasma. Era su organismo sintético número uno . Colonias de ese mismo organismo número uno



Este organismo sintético número uno resultante todavía tenía de alguna manera demasiados genes. Entonces los investigadores decidieron eliminar todo lo innecesario. Al principio decidieron que se sentarían y descubrirían qué era "vital" y qué se podía tirar. Intentamos estar en el papel de un creador racional de la vida. Intenté, intenté, pero no tuvieron éxito. Craig Venter estaba terriblemente sorprendido, pero admitió que el estado de la ciencia moderna no es lo suficientemente progresivo como para sentarse y crear algo que se vive desde cero. Después de eso, abandonaron la idea de una creación de vida tan "razonable" y se fueron para otro lado. Decidimos obtener un organismo con un conjunto mínimo de genes por enumeración. Diseño de experimentos en el Instituto Venter.



Venter y sus camaradas decidieron obtener un organismo con un conjunto mínimo de genes por fuerza bruta. Tomaron estos novecientos genes de su cuerpo número uno, comenzaron a ensamblarlos en pequeños paquetes, los metieron en bacterias y vieron sin qué genes mueren las bacterias. Después de algunas operaciones, después de probar cientos de combinaciones, pudieron crear un organismo en el que había alrededor de cuatrocientos genes. De hecho, era un organismo vivo, divisorio y colonizador, en el que hay menos genes que en cualquier organismo natural. Aunque debe entenderse aquí que es una bacteria parásita muy simple, no vive libremente. Un organismo artificial con un conjunto mínimo de genes, capaz de división, también conocido como organismo número tres.



Por conveniencia, este organismo mínimo resultante se llamó organismo número tres, porque el organismo número dos era una especie de etapa intermedia. De hecho, el entorno natural o "naturaleza" es un mecanismo de fuerza bruta, que se reduce al hecho de que los moribundos - mueren, y los sobrevivientes - se dividen y multiplican. Entonces, la forma más confiable de experimentar con organismos sintéticos ahora se reduce al hecho de que el científico alimenta algo a la naturaleza, le da variedad y luego selecciona lo que funciona.

De manera similar, experimentan no solo con bacterias, sino también, por ejemplo, con virus. Hay virus adenoasociados que se usan de manera muy activa para administrar terapia genética. Hay muchos virus adenoasociados en la naturaleza, pero una de las propiedades que es importante para la terapia es donde ingresan al cuerpo humano. Hay virus que se "atoran" en el hígado, hay aquellos que pueden pasar la barrera hematoencefálica y entrar al cerebro, y hay otros que se asientan en los pulmones. Este es un parámetro importante, ya que permite a los científicos y médicos hacer que la terapia sea más específica.

Visible temporalmente e invisible para siempre


Por un lado, darnos cuenta de que ahora podemos sintetizar fácilmente el genoma de casi cualquier microorganismo desde cero debería ser algo aterrador. Por ejemplo, el genoma del agente causante del ántrax, en principio, es de dominio público. Al mismo tiempo, dado que podemos preservar bien el ADN en su forma original durante mucho tiempo, en principio, al restaurar la secuencia, no puede tener prisa: lo principal es congelar suficiente ADN.

Por otro lado, la biología sintética abre nuevas posibilidades para la restauración de especies extintas. Por ejemplo, George Church y su grupo están tratando de hacer un nuevo mamutde un elefante, mutando las secciones correspondientes de ADN. Hwang Woo Suk, un científico coreano con una reputación extremadamente controvertida, trabajó con científicos de Yakutia e intentó recrear un mamut directamente a partir de residuos de ADN. Incluso hay un documental al respecto . En todo el planeta, hay proyectos para restaurar la megafauna del Pleistoceno . Hay un parque del Pleistoceno en Rusia. Dichos parques están esperando al mamut con los brazos abiertos y dicen: "¡Al fin, dale al mamut!" Fotograma del documental Génesis 2.0



En el contexto del desarrollo de la biología moderna, la lucha por la conservación de las especies también se está transformando. Ha aparecido una dirección completa (biología de la conservación), en la que los científicos están luchando para que aparezca un respaldo genético en especies en peligro de extinción. Hay una serie de proyectos para secuenciar la secuencia del genoma de especies que están al borde de la extinción y que están a punto de abandonar nuestro planeta.

A su propia imagen


Existe un conjunto estándar de ribonucleótidos y desoxirribonucleótidos que codifica todos los seres vivos de la naturaleza. Sin embargo, no es necesario limitarse a ellos . Si los científicos usan un conjunto alternativo de nucleótidos y crean un organismo artificial a partir de él, entonces esto no puede obtenerse de ninguna manera natural con seguridad. Esta línea de investigación se llama xenobiología. Fuente. "En cuatro mil millones de años, un nuevo árbol de xenobiología está floreciendo en el Edén".



Es importante entender que esto no es solo un interés ocioso. La xenobiología tiene varios usos importantes y muy comprensibles. Por ejemplo, si creamos un organismo tan extraño que utiliza un conjunto diferente de nucleótidos en su ADN, entonces este organismo, por ejemplo, no está expuesto a virus naturales. Por otro lado, desaparece el peligro de que partes de estos organismos artificiales puedan entrar de alguna manera en otras células que viven a nuestro alrededor. Es decir, tales "xenomorfos" no podrán afectar negativamente el medio ambiente.

Hasta ahora, no ha sido posible crear tales organismos artificiales, pero los experimentos están en curso en esta dirección, y no hay restricciones insuperables. Hay veinte aminoácidos en la naturaleza, y cada aminoácido está codificado por un conjunto de tres letras. Solo hay sesenta y cuatro combinaciones, pero todos están ocupados, y cada combinación significa algo en una celda viva. Si agregamos un par de letras más a estas cuatro letras, entonces el código genético se está expandiendo notablemente. Obtenemos muchos codones nuevos que pueden permitir, por ejemplo, agregar todo tipo de aminoácidos inusuales a las proteínas. Es cierto que para agregar estos nucleótidos adicionales, uno no solo debe enseñar a la bacteria a sintetizar estos nucleótidos e insertar todo esto en el ADN. También es necesario agregar la maquinaria de síntesis de proteínas, que reconocerá estos codones y hará muchos otros cambios.Hasta ahora, los científicos solo están comenzando a trabajar en esta dirección, pero las perspectivas aquí parecen estar limitadas solo por la imaginación del investigador.

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