Imagen de escáner electrográfico de una célula de levadura brotando de otra.

Un grupo de científicos ha sintetizado un cromosoma de levadura completo, el primer cromosoma artificial del mismo reino de seres vivos entre los que están los humanos, las plantas y los hongos. La levadura parecía ser tan feliz con el cromosoma artificial como sus homólogas "naturales", informa el equipo. Los métodos desarrollados para crear la estructura genómica de diseño podrían ayudar a los biólogos sintéticos a utilizar mejor los hongos unicelulares como fábricas biológicas para productos químicos, como biocombustibles y medicamentos.

Los seres humanos llevan manipulando la levadura desde hace miles de años. Primero conviertieron las cepas silvestres del hongo en fermentadoras de productos tan ligados a nuestra vida como la cerveza y el pan. La levadura también ha sido, durante mucho tiempo, un organismo de laboratorio para el estudio de la biología molecular y la genética. De hecho, mucho de lo que sabemos acerca de la genética del cáncer proviene de investigaciones con nuestros amigos los hongos.

En los últimos años, los científicos han descubierto la forma de generar nuevas rutas bioquímicas en la levadura, creando fábricas vivientes de medicamentos, biocombustibles y otros productos (ver "Microbios capaces de producir fármacos contra la malaria al por mayor" y "Se abre una planta de biocombustibles en Brasil"). El informe del primer cromosoma de levadura de diseño artificial sugiere a los investigadores formas de producir nuevos productos químicos en los microbios y formas para que su producción biológica sea potencialmente más eficiente.

Hace seis años, el Instituto J. Craig Venter (EEUU) construyó el primer cromosoma artificial, que abarcó el genoma completo de una bacteria. Dos años más tarde, ese genoma sintético de 582.970 pares de bases fue trasplantado a una célula, que empezó a llevar a cabo sus instrucciones con éxito (ver "Un genoma sintético capaz de reiniciar células").

El primer cromosoma de levadura sintética, publicado en la revista Science, representa sólo una parte del genoma completo de ese organismo y consta de 272.871 pares de bases. El equipo, dirigido por la Universidad Johns Hopkins (EEUU), diseñó en primer lugar el cromosoma en un ordenador, depurando la secuencia del cromosoma natural para que tuviera menos secuencias repetitivas, y llevando a cabo otros ajustes. Los estudiantes universitarios de una clase llamada "Build-A-Genome" de dicho centro utilizaron trucos de biología molecular para hilvanar fragmentos de ADN de alrededor de 70 nucleótidos (A, T, G y C) de largo en bloques de 750 pares de bases. Después, otros investigadores ensamblaron los bloques en tramos más largos del cromosoma, y finalmente los trozos más grandes se insertaron en células de levadura, responsables de los últimos pasos del montaje para crear el cromosoma artificial completo.

El cromosoma artificial es una versión de diseño de tan sólo uno de los 16 cromosomas de la levadura, y además es el más pequeño. Pero el trabajo es un importante paso adelante para la biología sintética y un hito dentro de los esfuerzos internacionales por construir un genoma de la levadura completamente sintético. Se trata del proyecto Sc2.0, que toma prestado el nombre científico de la levadura del pan, Saccharomyces cerevisiae.

Además de eliminar algunas secuencias innecesarias del código de su cromosoma de diseño, los investigadores también flanquearon muchos genes en el cromosoma con pequeños trozos de ADN que actúan como lugares de aterrizaje para una proteína que puede utilizarse para crear mutaciones a la carta. Con estos cambios de diseño, los investigadores señalan que serán capaces de probar el número de mutaciones que un genoma de levadura puede tolerar al mismo tiempo y, potencialmente, descubrir mutaciones beneficiosas que pudieran dar lugar a cepas capaces de sobrevivir en un amplio rango de condiciones, o tal vez convertirse en mejores fábricas de moléculas útiles, como combustibles y medicamentos. Los investigadores ya han demostrado que la inducción de mutaciones en la levadura utilizando estos lugares de aterrizaje llevó a algunas células a crecer más lentamente, aunque otras lo hicieron de forma más rápida.

El investigador principal, Jef Boeke, aseguró a The Verge que el equipo planea crear estas adiciones, generadoras de mutaciones, en los 16 cromosomas. Esa fuente de variabilidad podría ser clave para encontrar formas de impulsar a nuestros aliados de la fermentación a crear biocombustibles y otros productos químicos de manera más eficiente.