Un equipo de biólogos sintéticos de la Universidad de Yale ha logrado reescribir el código genético de un organismo, creando un organismo genómicamente recodificado (GRO) que presenta un único codón de parada. Este avance se enmarca en un nuevo enfoque que permite la producción de clases innovadoras de proteínas sintéticas, lo que podría tener un impacto significativo en aplicaciones médicas e industriales.
El GRO, denominado «Ochre», ha sido objeto de un estudio publicado recientemente en la revista Nature. Este organismo ha logrado comprimir los codones redundantes, conocidos como «degenerados», en un solo codón. Los codones son secuencias de tres nucleótidos en el ADN y el ARN que codifican un aminoácido específico, actuando como un «manual de instrucciones» para la síntesis de proteínas.
Avances en la Ingeniería Genética
Farren Isaacs, profesor de biología molecular en la Facultad de Medicina de Yale y coautor del estudio, destacó que esta investigación permite plantear preguntas fundamentales sobre la maleabilidad de los códigos genéticos. «También demuestra la capacidad de diseñar el código genético para dotar de multifuncionalidad a las proteínas y abrir una nueva era de bioterapéuticos y biomateriales programables», comentó Isaacs.
Este avance se basa en una investigación anterior de 2013, donde el equipo presentó el primer GRO. En ese estudio, los investigadores propusieron soluciones para salvaguardar organismos genéticamente modificados y para la producción de nuevos tipos de proteínas sintéticas y biomateriales con «químicas» creadas por el ser humano.
La creación del organismo «Ochre» representa un paso importante hacia la generación de un código genético no redundante en E. coli, un organismo ideal para la producción de proteínas sintéticas que contengan múltiples aminoácidos sintéticos. Jesse Rinehart, profesor asociado de fisiología celular y molecular en Yale, calificó este avance como «una pieza fundamental de ingeniería genómica de todo el genoma, basada en más de 1,000 ediciones precisas a una escala mucho mayor que cualquier logro de ingeniería que hayamos realizado previamente».
Los investigadores eliminaron dos de los tres codones de parada que terminan la producción de proteínas. La recodificación del genoma reasignó cuatro codones a funciones no degeneradas, creando dos codones de parada dedicados a la codificación de aminoácidos no estándar en las proteínas. Este proceso requirió el uso de inteligencia artificial para diseñar y reestructurar factores esenciales de traducción de proteínas y ARN, creando una cepa capaz de añadir dos aminoácidos no estándar a su repertorio.
Las proteínas resultantes poseen nuevas propiedades, como biológicos programables con menor inmunogenicidad, es decir, una capacidad reducida de inducir una respuesta inmune en el organismo, o biomateriales con una conductividad mejorada. Los resultados reflejan años de trabajo en recodificación por parte de los laboratorios del Instituto de Biología de Sistemas de Yale. Esta colaboración, que se remonta a 2010, ha permitido combinar la experiencia complementaria de ambos investigadores, quienes han trabajado en la ingeniería de genomas y la producción de proteínas.
Isaacs expresó su entusiasmo por las aplicaciones potenciales de los biológicos programables que esta nueva plataforma podría permitir. Entre estas aplicaciones se incluyen la ingeniería de medicamentos proteicos con químicas sintéticas que disminuyan la frecuencia de dosificación o las respuestas inmunitarias indeseadas. En un estudio anterior de 2022, el equipo demostró esta capacidad utilizando su primer GRO al codificar aminoácidos no estándar en proteínas, lo que permitió un enfoque más seguro y controlable para ajustar con precisión la vida media de los biológicos proteicos.
La nueva célula «Ochre» amplía estas capacidades, facilitando la construcción de biológicos multifuncionales. Actualmente, Isaacs y Rinehart actúan como asesores de Pearl Bio, una empresa derivada de Yale que ha licenciado la tecnología para comercializar biológicos programables.
