Células sintéticas y creación de vida.

¿Es posible crear vida en un laboratorio? Los avances más recientes en biología sintética han permitido desarrollar células artificiales con algunas funciones propias de los seres vivos, reavivando el debate sobre los límites entre lo natural y lo diseñado. Este artículo analiza el verdadero alcance científico de estos logros, sus aplicaciones potenciales y los importantes interrogantes bioéticos que plantean sobre la naturaleza de la vida y la responsabilidad del ser humano.

Hace unos años, en el libro “Explorando los genes. Del big-bang a la nueva Biología” ^[1], me preguntaba acerca del fenómeno de la “vida”, y ante la dificultad de dar una definición sobre este concepto básico en Biología proponía que, al igual que han hecho los físicos con el concepto de la “energía”, lo mejor es describir sus propiedades. Es decir, señalar qué es lo que caracteriza la vida y que la diferencia de los objetos inanimados. Por otra parte, preguntarse sobre algo tan genérico como la vida, supone precisar qué es lo que se desea saber, ya que en la definición de la vida caben aspectos filosóficos, metafísicos, biológicos y teológicos, no siempre complementarios. En ciencia, lo que no tiene materia no es abordable desde la perspectiva experimental, por lo que en concreto más que a “qué es la vida”, lo que puede tratar de responder la Biología es “cómo es la vida”.

En concreto, de las diversas áreas de conocimiento de la Biología, la que mejor explica el fenómeno de la vida es la Genética, ya que centra su estudio en las dos propiedades comunes a todos los seres vivos, ausentes en los seres inanimados: la capacidad de reproducción y la capacidad de evolución a lo largo de las generaciones. Las primeras células que afloraron en la Tierra hace unos 3.800 millones de años, ya poseían tanto la capacidad de transmitir información a su descendencia, mediante la “herencia” a través de la reproducción, como la de producir “variación” a lo largo de las generaciones, mediante los mecanismos de recombinación y mutación, que determinan la diversificación de los seres vivos. Estas propiedades tienen su explicación formal en el comportamiento y características de las moléculas de los ácidos nucléicos, a las que se atribuye el papel central de la vida. A menudo se define el ADN como la “molécula de la vida”, por su existencia en todos los seres vivos (con la excepción de algunos virus que poseen ARN) y por ser responsable de la información de la que dependen las características de cada ser vivo y de su transmisión de célula a célula, de padres a hijos, de unas poblaciones a otras y de unas especies a otras a lo largo de las generaciones. Son las moléculas que explican tanto la identidad biológica de cada ser vivo como la biodiversidad.

El médico y biólogo británico Christian de Duve (1917-2013), Premio Nobel de Medicina de 1974 por sus aportaciones al conocimiento de la estructura y organización funcional de las células, decía que la vida es lo que es común a todos los seres vivos, y hacía énfasis en el papel de los ácidos nucléicos, situados en la cúspide de la información que hace posible la vida ^[2]. Y el gran evolucionista británico John Maynard-Smith (1920-2004) decía que las entidades son vivas si tienen las propiedades necesarias para evolucionar por Selección Natural… si pueden multiplicarse, si poseen un mecanismo para asegurar la continuidad de los caracteres y si pueden variar ^[3].

El conocimiento de las propiedades de los seres vivos y de sus componentes materiales se fraguó en la primera mitad del siglo XX y desde los años setenta impulsó la “ingeniería genética”. Esta constituye un capítulo importante de la llamada “Biología Sintética”, que la Real Academia de Ingeniería del Reino Unido, define como una “actividad que busca diseñar y obtener mediante ingeniería productos con base biológica, instrumentos y sistemas nuevos, así como rediseñar sistemas biológicos naturales ya existentes”.

En síntesis, se trata de modificar a los seres vivos con diversos fines, que van desde la curiosidad por desvelar mejor sus características hasta su explotación con fines aplicados. Dentro de este campo, hay acciones que van más allá de la modificación de unos genes o unos componentes de los organismos ya existentes. Una de estas aplicaciones trata de diseñar sistemas biológicos nuevos, en sentido ascendente, “de abajo hacia arriba”, incluso de producir células artificiales por medio de la combinación –desde cero- de sus elementos moleculares constitutivos para crear sistemas no existentes en la naturaleza.

La creación de células sintéticas

Lo que se intenta hacer es sintetizar, reescribir o recodificar genes, genomas o hasta, de forma más retórica que real, células y especies nuevas. Uno de los principales impulsores del Proyecto Genoma Humano, Craig Venter (1946-2026), recientemente fallecido, se planteó la idea de conocer el contenido de un “genoma mínimo”, es decir, la información mínima necesaria para sustentar una forma de vida de un organismo unicelular, que necesariamente sería el más simple y menos exigente en condiciones de adaptación. La síntesis artificial de este genoma contendría un juego de genes que en su conjunto atenderían todas las necesidades para el mantenimiento y reproducción de la célula que lo contuviese en un ambiente particular. En 1999, Venter decía en un artículo en Science: no pienso que haya muchos biólogos tratando de contestar a la pregunta ¿qué es la vida?… Nosotros estamos trabajando desde una perspectiva reduccionista, probando el conocimiento del genoma más pequeño posible, con el fin de entender cómo trabajan juntos los genes para sustentar la vida ^[4]. Este fue el germen de la síntesis de un ente biológico en el laboratorio.

Para abordar su propósito, Venter procedió al análisis genómico comparativo de los genomas de varias formas de Mycoplasma, por ser el grupo de microorganismos más sencillos que se conocen. Se trataba de identificar los genes comunes y no comunes y conocer la información crucial para diseñar un genoma mínimo sintético en el laboratorio. Este objetivo se consiguió “de abajo hacia arriba”, a base de unir piezas de ADN, sintetizadas base a base y ensambladas a modo de un puzle.

A mediados de 2010, los medios de comunicación dieron a conocer con un acento sensacionalista que el equipo de Venter había obtenido en su laboratorio una “célula sintética bacteriana autoreplicante”, lo que enfáticamente se consideró la creación de “vida sintética” ^[5]. En realidad, no se trataba de la síntesis de una célula viva, ni de un ser vivo en el laboratorio, sino de la introducción del genoma sintético a imitación del de la bacteria Mycoplasma mycoides en una célula ya existente de otra especie emparentada, Mycoplasma capricolum, a la que previamente se había extraído su genoma natural. Aunque se trata de un alarde tecnológico, lo que se había hecho no era crear vida en el laboratorio, como enfáticamente anunció el propio Venter, sino de copiar y recrear algo que ya existía en la naturaleza, lo que ya supone un gran logro científico.

El Instituto Craig Venter, que en principio concentró su trabajo en la información genética mínima, ha proporcionado las herramientas para alterar, reconstruir, investigar e identificar los genes esenciales. El “genoma mínimo” basado en el de Mycoplasma, cuya cepa se denominó JCVI-syn1.0, tenía una combinación de 901 genes. A partir de él se fueron excluyendo unidades de información y al final se obtuvo la cepa JCVI-syn3.0 de tan solo 473 genes. Se trata de un genoma sintético más pequeño que el de cualquier organismo de vida libre. Aunque se desconociera la función de muchos de los genes esenciales que contenían estas cepas sintéticas, el genoma sintético cubría las funciones esenciales de las células que lo incorporaban en los medios artificiales en los que se cultivaban y podían dividirse por sí mismas. Los micoplasmas artificiales JCVI-syn1.0 y JCVI-syn3.0, sentarían las bases del conocimiento de procesos esenciales ampliamente conservados en la vida celular y han servido para orientar nuevos enfoques de utilidad en la obtención de células sintéticas ^[7].

Detrás de estas investigaciones hay múltiples intereses. Fundamentalmente se trata de conseguir genomas artificiales con carácter finalista para obtener organismos sintéticos con capacidad de producir proteínas de interés industrial o farmacológico fáciles de cultivar en biorreactores. Numerosos fármacos como la insulina, el interferón, la eritropoyetina, los factores de coagulación, el factor de crecimiento, etc., hoy comercializados, se producen con gran eficacia y rentabilidad en bacterias modificadas genéticamente mediante las técnicas de transgénesis. Pero la idea de crear células sintéticas va más allá. Se trata de producir células con un genoma de diseño que permitan probar la capacidad de imitar a la naturaleza, avanzar en el conocimiento e incorporar nuevas funciones de utilidad aplicada. Este enfoque ascendente de la Biología Sintética es fundamentalmente diferente del enfoque descendente, de arriba-debajo de la transgénesis, en el que el objetivo es modificar células de organismos existentes añadiendo o eliminando elementos como genes u otros componentes celulares.

Desde estos experimentos iniciales son diversos los intentos que se han desarrollado para producir células de diseño, creadas desde cero con propiedades similares a las de las células naturales. Para ello, los investigadores están tratando de combinar los genomas sintéticos con los conocimientos bioquímicos sobre el funcionamiento celular y de los diversos materiales de que están compuestas las células. Las numerosas estrategias y materiales desarrollados en las últimas décadas han permitido a los investigadores diseñar orgánulos sintéticos para enriquecer las funciones y comportamientos esenciales de sus células artificiales. Los investigadores han centrado su atención principalmente en la información genética, la compartimentación, el suministro de energía, la replicación genética y la división celular. Algunos ejemplos destacados son células sintéticas que pueden generar ATP a partir de la energía lumínica, mantener la actividad metabólica mediante redes enzimáticas, replicar genes e incluso lo más difícil, experimentar crecimiento y división celular ^[7].

El último avance: SpudCell

El pasado 2 de julio, se anunció en diversos medios de comunicación y divulgación científica la producción de una nueva forma de célula sintética a la que sus obtentores han denominado “SpudCell”. Se trata de un tipo de célula artificial desarrollado desde cero por el equipo de investigación que lidera la bióloga sintética Kate Adamala en la Universidad de Minnesota. Para ello, han combinado sustancias químicas inertes y han incorporado un genoma mínimo repartido en siete piezas (plásmidos), en el interior de una membrana de ácidos grasos (doble capa lipídica).

El genoma de ADN apenas contiene 90.000 pares de bases, que corresponden a apenas 36 genes, lo que realmente significa que carece de información suficiente comparable a la de cualquier célula viva natural. Recordemos que una bacteria sencilla como Escherichia coli, tiene del orden de 4,6 millones de pares de bases, y unos 4.400 genes y que el genoma humano contiene unos 3.100 millones de pares de bases y unos 21.000 genes.

A diferencia de intentos anteriores, SpudCell no parte del reemplazo de componentes de células naturales, sino que combina desde cero, pieza a pieza, compuestos químicos no vivos y elementos estructurales y funcionales que completan un ente sintético similar a una célula y capaz de crecer, reproducirse y transmitir su material genético durante unas pocas generaciones.

SpudCell puede replicar su ADN, aumentar de tamaño y dividirse. Para crecer, se han proporcionado unos marcadores moleculares en su superficie, capaces de absorber pequeñas vesículas cargadas de los nutrientes y demás elementos necesarios para mantener la actividad celular. SpudCell carece de citoesqueleto y para conseguir la división celular se le añade un marcador denominado FLAG que, en interacción con una proteína externa, que provoca el estrangulamiento de la célula. Esto no garantiza la distribución completa de las réplicas de los 7 plásmidos en que se reparte el genoma.

SpudCell no es capaz de desarrollar el equipo completo de funciones moleculares de las células naturales, y no puede sintetizar los ribosomas, que son los orgánulos citoplásmicos sobre los que se lleva a cabo la síntesis de las proteínas. Debido a ello, no sintetiza ni proteínas estructurales ni enzimas que atiendan su metabolismo, lo que ha de ser proporcionado desde fuera. Por ello, su capacidad de división solo llega a 5-10 generaciones.

Las limitaciones de la síntesis de proteínas y la falta de un mecanismo eficiente de mantenimiento de copias del genoma en las células hijas, así como la dependencia de la adición de muchos componentes externos hacen que, en realidad nos encontremos ante un producto muy alejado de una auténtica célula natural. Los investigadores que han producido estas células artificiales están trabajando en una nueva versión que supere estas limitaciones.

El manuscrito inicial de este trabajo no fue aceptado en la revista Cell, y no ha sido revisado por pares. Los investigadores lo enviaron para su divulgación en la plataforma pre-publicación Biotic y fue anunciado como noticia en Science y el New York Times.

SpudCell supone la aproximación más cercana al objetivo de la Biología Sintética de crear células artificiales. Sin embargo, con lo hecho hasta ahora no se puede calificar de seres vivos a estas células artificiales dado que ni está garantizada su independencia reproductiva ni existe capacidad de evolución, propiedades específicas de la vida. Sin embargo, este trabajo sirve como prueba de concepto para el mejor conocimiento de numerosos aspectos funcionales y estructurales de las células naturales.

Aspectos bioéticos

La Biología Sintética se mueve entre la búsqueda de innovaciones con fines indeterminados, por el mero hecho de ver los efectos de la creación de algo que no existe en la naturaleza, a las aplicaciones prácticas, que, bien utilizadas, aporten beneficios a la salud, la agricultura, la ganadería o la industria y, en su caso, que contribuyan a avanzar en el conocimiento. Por ello, la valoración ética que debe aplicarse al intento de crear vida artificial, ha de basarse en el respeto a la naturaleza, a la conservación del medio ambiente y los recursos naturales y a la dignidad de la vida humana.

En base a los principios de precaución, responsabilidad y justicia, que deben contemplar todas las acciones de la Biología sintética, hay tres aspectos especiales que deben ser tenidos en cuenta en relación con la creación de las células artificiales.

En primer lugar, habría que considerar qué es lo que impulsa este tipo de iniciativa. ¿No supone crear vida en el laboratorio una forma de jugar a Dios?. La creación de células artificiales es como crear vida a partir de materia inorgánica no viva. Un papel que desde una perspectiva religiosa corresponde a Dios, pero que ahora, merced a sus capacidades tecnológicas e intelectuales alguien puede creer que eleva a los humanos a una condición superior o incluso ilimitada. Sin embargo, esto como mucho convierte al hombre en un imitador de algo que sigue siendo un misterio. Se ha avanzado en el conocimiento de cómo es la vida, pero sigue sin respuesta la pregunta fundamental sobre el porqué de la vida.

En segundo lugar, está el reduccionismo que se deriva de la idea de materializar el mundo natural. ¿Contamos realmente con todos los elementos necesarios para sintetizar un ser vivo? El quitar, poner o unir piezas, propio del bricolaje de la Biología Sintética, puede hacernos pensar que las células y los seres vivos son como artefactos que funcionan por el simple engranaje de sus componentes. La consecuencia de este enfoque es la pérdida de la distinción entre los seres vivos y las máquinas, lo que comporta un debilitamiento del estatus moral que los diferencia, incluido el ser humano, que pasaría a ser considerado como un mero agregado de moléculas, células, tejidos y órganos. Desde esta perspectiva la vida se reduce a materia. Es el mundo de Richard Dawkins, Peter Singer y otros genetistas o biólogos materialistas. Pero, la realidad es muy distinta y, al menos en Biología, no siempre 2 + 2 son 4, y hay algo que nos supera, que diferencia a lo vivo de lo no vivo y que alcanza cotas inabordables en términos materiales con un salto cualitativo evidente en los seres humanos. El estatus moral no es inherente a la vida misma, sino a las características que poseen los seres vivos y que en el hombre llega al máximo con la autoconciencia y la racionalidad, base de su dignidad y de la consideración como un fin en sí mismo.

En tercer lugar, cabe preguntarnos por sus aplicaciones ¿para qué queremos una célula artificial si ya contamos con modificaciones muy eficientes que se pueden realizar en las células naturales? Aunque la síntesis de células artificiales puede tener interesantes aplicaciones en el campo de la salud y la farmacología, utilizando las creaciones al respecto como factorías para producir moléculas de interés, como en otros campos de la Biología Sintética, pueden abrigarse dudas acerca de la seguridad de los logros, sus potenciales riesgos para el medio ambiente y el hombre y aspectos éticos relacionados con los fines que se persiguen. Siempre existe la amenaza del doble uso, para el bien o para el mal, incluida la potencial aplicación para crear armas biológicas, con fines bélicos o terroristas, sin duda más peligrosas que las armas nucleares.

Por todo ello, surgen importantes interrogantes sobre la necesidad de crear células artificiales que nunca superarán a las naturales, y de cara al futuro, hay que estar atentos a las consecuencias de los usos que pueden llegar a darse a estas tecnologías.