A finales de marzo de 2016 el equipo de Craig Venter anunciaba la creación en un laboratorio de una bacteria con solo 473 genes, el genoma (conjunto de genes de un organismo) más pequeño del mundo. Vamos a intentar explicar un poco qué es esto y para qué vale. Antes que nada hay que recordar que Craig Venter fue el creador de Celera Genomics, que hizo su propio Proyecto Genoma Humano independientemente del Proyecto Genoma Humano de carácter público.

Craig Venter

¿Qué es un genoma mínimo?

Básicamente es el número mínimo de genes necesario para que un organismo sobreviva. Esta pregunta surge en cuanto se empieza a conocer el número de genes que tienen los distintos organismos y se ve cómo de variable es este número. Así, tenemos un rango desde los 50.000 genes de algunas plantas (muchos de ellos repetidos) hasta los aproximadamente 500 de determinadas bacterias, pasando por los aproximadamente 19.000 de los seres humanos.

En el año 2000 Koonin definió el genoma mínimo como el “grupo más pequeño de genes que debe ser suficiente para mantener en funcionamiento una forma de vida en las condiciones más favorables imaginables”. Estas condiciones implican, por ejemplo, la presencia en el medio de todos los nutrientes esenciales para esa forma de vida o la ausencia de estrés ambiental. ¿Qué se considera “mantener en funcionamiento”? Pues al menos ha de haber reproducción y mantenimientos de la estructura celular.

¿Cuál es el genoma mínimo “natural”?

Si hablamos de organismo de vida independiente se trata del genoma de Mycoplasma genitalium, secuenciado en 1995. Contiene solo 525 genes de los que 470 son codificantes. En 1999 se estimó que solo 250 de sus genes son esenciales. Es importante tener en cuenta que la consideración de gen especial depende de las condiciones ambientales. Es decir, un gen puede ser esencial para que un organismo viva en un ambiente pero no para que viva en otro. Las necesidades de un microorganismo que viva en las profundidades del océano Ártico son diferentes de las de uno que vive en nuestra piel. Por eso es difícil hablar de “el” genoma mínimo y debemos decir mejor “un” genoma mínimo. El genoma mínimo absoluto encontrado hasta ahora es el de Nasuia deltocephalinicola, que es una bacteria endosimbiótica con 169 genes.

¿Qué se ha hecho ahora?

El proyecto Genoma Mínimo, desarrollado en el J. Craig Venter Institute y dirigido por Clyde Hutchison III, comenzó en 1995. Su objetivo ha sido lograr fabricar en un laboratorio una forma de vida sintética con el menor número de genes posible.

Genoma Mínimo JCVI

Hitos del proyecto Genoma Mínimo en el JCVI

Lo publicado y anunciado ahora es, como hemos comentado más arriba, es el diseño y construcción de la primera célula bacteriana mínima sintética, denominada JCVI-syn3.0. Este hito ha sido llevado a cabo por investigadores del J. Craig Venter Institute (JCVI)y la empresa Synthetic Genomics Inc. Para ello han empleado la primera célula sintética, creada por el mismo equipo en 2010 y llamada Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0 (una copia sintética del genoma natural de M. mycoides). El genoma de este Mycoplasma sintético contiene 473 genes en 531 kbp. De ellos, hay 149, un 31%, de los que se desconoce su función. Aunque lo que sí saben es que si eliminas uno sólo de ellos, la bacteria se muere. Es importante destacar también la presencia en este genoma de los denominados como genes cuasiesenciales, que no son estrictamente necesarios para la vida pero sí fundamentales para un correcto crecimiento del organismo.

¿Cómo se ha logrado?

Inicialmente el grupo de investigación se dividió en dos grupos de trabajo independientes, para lograr fabricar un cromosoma con el número mínimo de genes que fuesen estrictamente necesarios para la vida. Una vez construidos los dos cromosomas independientes, se introdujeron en bacterias (Mycoplasma capricolum) a las que se les había eliminado su propio genoma. Aquella que lograra mantenerse con vida y reproducirse sería la, digamos, ganadora.  El fracaso fue absoluto. Ninguna de las dos logró salir adelante. Se replantearon entonces la estrategia y decidieron ensayar el método clásico de ensayo y error. A partir del genoma de M. mycoides Syn 1.0 (901 genes) comenzaron a eliminar genes concretos o fragmentos algo más grandes (en realidad, lo que han hecho no es borrar los genes, sino “interrumpirlos” por medio de transposones). Introducían ese ADN modificado en la célula sin genoma y veían el efecto de esta eliminación, si la célula vivía o no. Obviamente si se eliminaba un gen y la célula moría, se trataba de un gen esencial y que por tanto obligatoriamente debería estar en el genoma mínimo sintético. Como se imagina, es un trabajo laborioso. De hecho, los investigadores empezaron con la idea de utilizar inicialmente un genoma más pequeño que el de M. mycoides, el de Mycoplasma genitalium. Pero este microorganismo, tiene una velocidad de reproducción muy baja, lo que ralentizaba a su vez el trabajo en el laboratorio.

genoma mínimo

¿Para qué sirve?

Las aplicaciones futuras son aún solo especulaciones. Sin embargo, en teoría, podremos llegar a desarrollar organismos completamente sintéticos que hagan lo que nosotros necesitemos. Así, tendrían diversas aplicaciones biotecnológicas, como la producción de fármacos, biocombustibles o productos biológicos imposibles de crear químicamente por procesos sencillos, la generación de materiales precisos a nivel atómico, (utilizables, por ejemplo, para hacer mejores ordenadores). También podríamos utilizarles para biorremediar un ambiente contaminado. Básicamente estos microorganismos serían nanomáquinas sumamente eficientes.