Un cromosoma eucariòtic sintètic… basat en el cromosoma III de “Saccharomyces cerevisiae”

La distinció natural/artificial és una oposició que cal contextualitzar finament. La premsa mundial es fa ressò en les darreres hores d’un article publicat a la revista Science (Annaluru et al., 2014), i que du per títol “Síntesi total d’un cromosoma eucariòtic de disseny funcional”. Alguns comentaristes han exagerat les coses i han dit que es tracta de la “primera vegada que hom sintetitza ADN”. Més modestament, uns altres diuen que és un pas cap a la síntesi de vida artificial. Tota reacció de síntesi parteix d’uns reactius i arriba a uns productes que, en principi, són, per alguna raó, més complexos que els reactius originaris. Què us imagineu vosaltres per vida artificial? Realment, és una qüestió complexa si atenyem a la dificultat de definir, ja d’entrada, la “vida”. Com aquell famós jutge que afirmava que no li calia definir la pornografia per poder reconèixer si una peça era una obra d’art o una obra pornogràfica, la majoria dels biòlegs ha renunciat a una “definició”. La història de la ciència ha confirmat repetides vegades la sentència segons la qual “la natura no fa salts”. La diferència radical, per exemple, entre química inorgànica i orgànica comença a esquinçar-se l’any 1823, per posar un exemple, quan Friedrich Wohler sintetitzà urea a partir de compostos inorgànics. L’explosió de la biologia molecular a partir dels anys 1950 ha modificat genèticament organismes (virus, bacteris, plantes, animals). En gran mesura, tot plegat queda més ben definit amb el terme “semisíntesi” (o “hemisíntesi”) en el sentit que hom parteix de productes de la natura i se’ls modifica de manera més o menys deliberada. Una síntesi completa podria consistir en la construcció d’un sistema biològic a partir de molècules orgàniques simples o, fins i tot, de compostos inorgànics. No cal dir que si els sistemes biològics, en la natura, poden créixer és perquè se sintetitzen ells mateixos a través d’aquests maons inorgànics (H2, CO2, N2, PO43+, SO42+, etc.). El programa Synthetic Yeast té com a objectiu “la construcció del primer genoma eucariòtic sintètic“. De moment, han aconseguit substituir en una soca de llevat el cromosoma III originari per un d’artificial. Els hi queden 15 més. En efecte, el genoma del llevat comú del pa i de la cervesa, Saccharomyces cerevisiae consta de 16 cromosomes que, globalment, presenten 6275 gens, amb una longitud global de més de 12 milions de parells de nucleòtids. Com que l’objectiu comercial és l’obtenció de soques de llevat que tinguin algun interès tecnològic particular, és possible que la introducció d’un únic cromosoma artificial sigui suficient per a aquesta finalitat.

El cromosoma synIII

Saccharomyces cerevisiae és un fong ascomicet, si bé se’ns presenta bàsicament com un llevat unicel·lular. Les cèl·lules haploides (16 cromosomes desaparellats) i les cèl·lules diploides (16 parells de cromosomes) són en tots dos casos capaces de proliferar asexualment per gemmació. Alhora, la fusió de dues cèl·lules haploides de signe complementari pot donar lloc a una cèl·lula diploide i, inversament, una cèl·lula diploide pot entrar en un cicle meiòtic i donar lloc a quatre cèl·lules haploides.

La dotació haploide consta, com hem dit, de 16 cromosomes. Els cromosomes són identificats per un numeral romà (I, II, III, etc.), substituïble en alguns casos per una lletra llatina (A, B, C, etc.). El cromosoma III o cromosoma C és a la base del cromosoma sintètic “synIII”, que és el protagonista de l’article citat.

Els primers cromosomes artificials de llevat daten de fa més de trenta anys (Murray & Szostak, 1983). La finalitat d’aquests YACs (el seu acrònim en anglès) era el de servir de vectors de replicació (i, eventualment, d’expressió) per a material genètic recombinant. Per definició, però, eren uns cromosomes nans, i no substituïen pas cap dels 16 cromosomes originaris del llevat.

En canvi, synIII és un cromosoma artificial “complet”. La longitud genètica del cromosoma III nadiu de S. cerevisiae és de 316.617 parells de nucleòtids. L’estructura general del cromosoma III és respectada pel synIII, si bé inclou més de 500 canvis d’enginyeria genètica: substitució dels codons de terminació per a la síntesi proteica (TAG/TAA), deleció de material (regions subtelomèriques, introns, ARN de transferència, transposons, gens silenciats d’aparellament) i addició.

SynIII és el resultat d’una feina de set anys. La longitud completa és inferior a la del cromosoma III nadiu (273.871 parells de nucleòtids). La reducció no afecta la reproducció i creixement del cromosoma. El cromosoma III és un dels més petits dels 16 cromosomes nadius, però realitza una important funció en les tasques d’aparellament abans citades. SynIII compleix amb les funcions bàsiques que realitza el cromosoma III nadiu. Després de 125 divisions cel·lulars, el clon originari havia donat lloc a 30 colònies diferents, totes les quals mantenien l’estructura intacta del synIII, per bé que amb una taxa de pèrdua de 1·10-6, tan sols una mica superior a les taxes de pèrdua del cromosoma III nadiu.

Els cromosomes artificials de llevat, tant en el disseny clàssic, com en el de synIII permeten la inserció d’una bona quantitat de gens exògens. Així esdevé possible la introducció simultània de múltiples gens implicats en vies metabòliques senceres. El temps dirà si synIII és realment útil per a aquesta finalitat.

Cèl·lules de llevat al microscopi

Lligams:

Synthetic Yeast 2.0.

Saccharomyces Genome Database.

Aquesta entrada ha esta publicada en 3. La Vida. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *

Aquest lloc utilitza Akismet per reduir el correu brossa. Aprendre com la informació del vostre comentari és processada