A lo largo de la historia, la humanidad ha desafiado los límites naturales de nuestra presencia en la Tierra; hemos clonado animales, reproducido los procesos de splicing y reescritura del ADN, y sentado las bases para recrear especies extintas. Sin embargo, uno de los hitos que seguimos sin alcanzar es la capacidad para recrear aquello que llamamos vida. O eso parece… hasta ahora.
Especialistas en biología sintética como Kate Adamala, de la Universidad de Minnesota, diseñan procesos de ingeniería inversa de células reales para crear células artificiales, y su objetivo es crear una célula completamente funcional que se pueda reprogramar y manipular para que realice toda clase de funciones. Y quienes estudian las células sintéticas vaticinan que harán toda clase de cosas, desde llevar medicamentos a ciertas partes del cuerpo hasta eliminar metales tóxicos del entorno. En palabras de Adamala, “podremos controlar la biología a un nivel nunca antes visto y explorar usos médicos y metabólicos que en la actualidad las células naturales no tienen”. Dicho de otro modo, estas células artificiales podrían reconfigurar nuestra práctica y hasta nuestra concepción de la medicina.
Células multifuncionales
Aún no hemos recreado una célula completamente funcional, pero sin duda lo hemos intentado. Proyectos de investigación previos sobre células sintéticas han usado burbujas de ácidos grasos llamadas “gotas de lípidos”. No obstante, según N. Amy Yewdall, bioquímica que estudia organelos artificiales basados en proteínas en la Universidad Radboud, a estas gotas se les dificulta trasladar organelos celulares. Y los que sí logran entrar deben estar organizados en sitios específicos para que se susciten las reacciones, lo que complica las cosas aún más.
Un estudio reciente, publicado el otoño pasado en Nature, utilizó un enfoque distinto, y su método poco ortodoxo podría ser el que más se ha acercado hasta la fecha a la creación de una célula sintética completamente operativa. Stephen Mann —autor principal del estudio— y su equipo optaron por tomar un “atajo” y no diseñar la célula desde cero; en vez de eso, desarticularon células preexistentes y usaron sus partes para armar una célula nueva.
Crear un ser vivo desde cero es difícil. Las células albergan un sistema complejo en donde cada organelo colabora con los demás para preservar la vida. Para producir vida artificial en un tubo de ensayo, es necesario combinar varias funcionalidades distintas que quizá no existan en la naturaleza con la capacidad de la célula para sustentar las funciones vitales básicas. “Una de las reacciones subyacentes que es más necesario que ocurra es el paso de ADN a RNA y a proteínas”, afirma Yewdall. “Para lograrlo, se necesita un sistema compatible” en el cual los organelos y las otras partes de la célula contribuyan a preservar funciones celulares tales como la síntesis de proteínas, la producción de energía y el transporte de nutrientes.
Para empezar, crearon la base de la célula artificial: glóbulos de fluido. Para ello, fusionaron polímeros y ATP para crear gotas de líquido vacías, hechas de polímeros sintéticos y agua. Estas gotas fungen como una pizarra en blanco que se va haciendo más compleja conforme se añaden componentes celulares.
El equipo de investigación diseñó las células sintéticas a partir de dos especies bacterianas —Escherichia coli y Pseudomonas aeruginosa— y, dentro de una solución, las expusieron a los glóbulos vacíos. Puesto que ambas especies bacterianas se colocaron en lugares diferenciados, los glóbulos formaron distintas estructuras membranosas.
A continuación, para hacer aperturas en las membranas celulares, se agregó lisozima —una enzima presente en la saliva que es capaz de atravesar las membranas de las células bacterianas— y un oligopéptido llamado melitina. Una vez abiertas las membranas, los componentes celulares salieron del interior de la bacteria. Yewdall compara este proceso al de hacer encajar piezas de Lego: “Juntas diferentes bacterias, las abres y usas sus partes internas para crear formas y combinaciones distintas”. El resultado es una célula bacteriana artificial, recubierta por una membrana, que contiene maquinaria molecular que no se encontraría en una célula de verdad.
Aunque los microglóbulos parecieran células, ¿se comportaban también como si lo fueran? Al parecer, las proteínas y otras estructuras internas de las células sintéticas seguían siendo capaces de realizar funciones tales como la glicólisis para producir ATP. El equipo de Mann también observó indicios de expresión genética para la síntesis de ARN y una pequeña cantidad de proteínas.
Un nuevo tipo de medicina personalizada
Para que estas fábricas artificiales de proteínas fueran más vívidas, el grupo de investigación insertó en su interior una segunda bacteria E. coli, la cual fungió como mitocondria para la generación de ATP a largo plazo. Curiosamente, aquella inserción bacteriana transformó la célula hasta darle forma de amiba, lo cual refleja su forma de integrarse para crear un sistema celular biónico.
Aunque las células sintéticas creadas en este estudio no poseen todas las propiedades de las células vivas, son lo que más se aproxima hasta el momento. Los resultados mostraron que las células sintéticas pueden conjugar hasta siete funcionalidades distintas en una misma plataforma, lo que potencialmente llevará este campo de investigación por un nuevo camino hacia el diseño de células. “El artículo que publicamos es un hito muy importante, pero aún hay mucho trabajo por hacer”, señala Adamala. “Seguimos usando componentes de células naturales vivas, lo que significa que seguimos sin entender del todo cómo recrearlas [desde cero]. El objetivo de crear una célula sintética implica que sea algo que podamos controlar y entender a cabalidad”. Pero cuando menos se puede afirmar que la tecnología diseñada para este estudio tiene el potencial de servir como modelo para experimentos posteriores, incluyendo la creación futura de componentes más complejos.
Adamala es optimista y considera que, en los próximos cinco años, crearemos una célula completamente sintética. Y Yewdall agrega que necesitaremos una imaginación extraordinaria que raye en lo fantasioso para concebir todos sus potenciales usos.
Por ejemplo, las células sintéticas podrían ayudarnos a crear un nuevo tipo de medicina personalizada en la que las farmacéuticas probaran sus productos en glóbulos proteínicos que contuvieran el material biológico de un individuo en particular. En ese caso, la célula artificial sería una especie de sustituto microscópico o avatar que ayudaría a simular cómo afectaría el medicamento a esa persona. Asimismo, las células sintéticas podrían ser vehículos que trasladaran microdosis de fármacos a distintas partes del cuerpo. De hecho, ya hay investigaciones sobre células sintéticas y su potencial efectividad para encoger tumores cancerígenos y crear vasos sanguíneos. Otro problema que las células artificiales podrían atajar es el de la contaminación por plásticos; de hecho, Adamala afirma que es posible crear células sintéticas que posean el metabolismo necesario para degradar plásticos y sustancias petroquímicas que por lo regular serían tóxicos para las células naturales.
Puesto que las células artificiales no evolucionan ni se dividen, son modelos predecibles y examinables en situaciones aisladas y controladas, con lo cual la ciencia podría estudiar señalizaciones químicas primitivas y procesarlas de forma más puntual. Por esta razón, las células sintéticas serían la herramienta ideal para entender los orígenes de la vida. Además, recrear una célula implicaría saber bien qué partes de la maquinaria son esenciales para sustentar la vida y nos permitiría discernir mejor qué fue lo que dio lugar a la vida tal como la conocemos.
“Hay un montón de creencias por ahí de que a la gente se le está dificultando lograrlo con células [naturales]”, señala Yewdal. “Tal vez podríamos empezar a cerrar esa brecha con una primera célula en un tubo de ensayo.”
