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El proyecto de Biotecnología más importante para la humanidad ya comenzó, GP-write

Martes, 24 de Enero 2017 - 16:00

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Jorge Rubalcava

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El conocimiento y los avances tecnológicos han tenido un crecimiento exponencial en los últimos 150 años. Hoy en día, casi a diario nos enteramos de nuevos descubrimientos en prácticamente todas las áreas de la ciencia. Esto ha sido posible gracias al incansable espíritu humano en la búsqueda de la verdad, la cual inició hace más de cuatro mil años con las aportaciones de los antiguos egipcios en las áreas de matemáticas, geometría, arquitectura, medicina y química.

Desde entonces, todas las culturas han realizado enormes contribuciones, añadiendo una larguísima lista de descubrimientos que se han ido sumando a lo que hoy en día forma un inconmensurable acervo de conocimientos. Y aunque la mayoría de nosotros solo recordamos un puñado de nombres como los de Pitágoras, Arquímedes, Euclides, Galeno, Leonardo Da Vinci, Isaac Newton, Charles Darwin, Albert Einstein, Luis Pasteur, Marie Curi, Alexander Fleming y algunos otros, tenemos una gran deuda con todos aquellos cuyos nombres ya no están en nuestra memoria, pero que permanecen en el ciberespacio a la espera de ser llamados por las máquinas buscadoras de internet. Pero sin sus aportaciones, jamás habríamos podido llegar hasta donde nos encontramos hoy en día.

Como comentó Isaac Newton en una famosa carta enviada a su compatriota Robert Hooke en 1676 Si he visto más lejos es porque estoy sentado sobre los hombros de gigantes”.

Y esto es una gran verdad, gracias a que hemos cabalgado a hombros de gigantes, en una reunión realizada el 31 de octubre del 2015 en el Langone Medical Center de la Universidad de Nueva York, en la ciudad de Nueva York, se reunieron líderes mundiales en los campos de genética y biología sintética, en la cual discutieron y acordaron la posibilidad de sintetizar el genoma humano (HGP-write).

Como se definió en esta reunión inicial, HGP-write será un proyecto Internacional de investigación científica abierto, liderado por un grupo de científicos multidisciplinarios en las áreas de Biología, Química, Ingeniería, Ciencias Sociales y Ética. El objetivo primordial del proyecto será reducir en más de un 1000% los costos de ingeniería para “escribir” el genoma humano y otros genomas en el transcurso de 10 años, con la finalidad de entender el mecanismo de la vida, basándose en el conocimiento que el Proyecto Genoma Humano (HGP-read) proporcionó en el 2003.

En mayo de 2016, un consorcio de más de 130 científicos entre biólogos sintéticos, líderes industriales y otras personalidades, publicaron una propuesta en la revista Science, para sintetizar grandes genomas, incluido entre ellos el genoma humano en células germinales. Los organizadores del proyecto, lo llamaron GP-write (para trabajar con modelos de organismos y plantas) y algunas veces HGP-write (para trabajar con líneas germinales humanas), teniendo la visión de que será el sucesor del Proyecto Genoma Humano llamado HGP-read, el cual fue promotor de portentosos avances en la tecnología de secuenciación del ADN.

Desde entonces, el Consorcio GP-write ha crecido y se han adherido al proyecto más de 66 científicos adicionales pertenecientes a 62 instituciones de 14 países.

Las reuniones efectuadas forman parte de una serie de discusiones que se han venido realizando desde hace varios años por la comunidad científica. Inicialmente estas reuniones se enfocaron en la síntesis y prueba de genomas de levadura y bacterias, así como en el futuro de la biología sintética. Recientemente el enfoque ha cambiado al estudio de variaciones dentro de los grandes genomas como una ruta para enfrentar algunos de los muchos retos globales de la humanidad, incluyendo el cuidado de la salud y el ambiente.

Virginia Cornish del Departamento de Sistemas Biológicos de la Universidad de Columbia es una de las autoras de algunas de las propuestas para este proyecto: GP-write comenzó en el 2014 con una serie de reuniones y la publicación de un plan estratégico de ingeniería biológica de Nancy J. Kelley, la fundadora del New York Genome Center (NYGC).  Al mismo tiempo Jef Boeke y Gorge Church realizaban un trabajo pionero sintetizando los genomas de la levadura y E. Coli, fue de esta manera como se organizó la primera reunión para discutir el proyecto en octubre de 2015.”

Harris Wang pertenece también al mismo departamento que Virginia Cornish en la Universidad de Columbia y también autor de otro de los proyectos piloto comenta: “A medida que el proyecto crecía, se transformó en un proyecto de colaboración internacional. La síntesis de genes es un gran reto no solo en los Estados Unidos sino también en Asia y Europa. Considerando este crecimiento, pensamos que los esfuerzos deberían conjuntarse en la parte académica e industrial. En la primera reunión de Nueva York, discutimos sobre cómo sería el proyecto pensando en las posibilidades de desarrollo que tendría la ciencia y tecnología.”

Como resultado de las reuniones y esfuerzos conjuntos de los líderes del grupo GP-write (Jef D Boeke, George Church, Andrew Hessel y Nancy J Kelley) y el Consorcio, dieron a conocer el 31 de octubre de 2016, un documento con los detalles del proyecto, el cual tiene sus antecedentes en el Proyecto Genoma Humano (HGP-read) que inició el 1 de octubre de 1990 y se terminó en abril de 2003 dando como resultado la secuenciación (lectura) del Genoma Humano.

Hoy, a 13 años de la finalización del Proyecto Genoma Humano (HP-read) el cual tuvo un costo de 3 mil millones de dólares, se ha logrado reducir el costo de secuenciación a solo mil dólares en tan solo un poco más de una década

Desde entonces, la revolución en la Ciencia ha permitido obtener mejoras inimaginables en la salud, prevención y cura de las enfermedades humanas. Hoy en día, podemos leer el genoma personalizado de cada individuo, con la finalidad de mejorar su salud y determinar el tipo de tratamientos específicos en caso de alguna enfermedad.

El proyecto GP-write será implementado a través de una organización independiente no lucrativa, el Center of Excellence for Engineering Biology, que será quien coordine y planeé los esfuerzos del proyecto, desarrollando una nueva infraestructura de Tecnología de la Información para la colaboración internacional de científicos en el proyecto.

El GP-write, utilizará las tecnologías de síntesis y edición del genoma lo que permitirá entender a fondo el funcionamiento de los organismos vivos y “realizar” reingeniería en ellos.

El proyecto estará enfocado en “escribir y construir” variaciones en los genomas de plantas y animales, incluido el humano, con lo cual se obtendrá valiosa información sobre el ADN y sus propiedades, permitiendo la creación de herramientas y métodos que faciliten la síntesis y edición de los genomas, acelerando a su vez la investigación y desarrollo de nuevas terapias, vacunas, fuentes de energía, control de enfermedades y nutrición.

Otros beneficios que podrán obtenerse pueden ser el desarrollo comercial de tecnologías de análisis de genomas, diseño, síntesis y ensamble, así como también el desarrollo de herramientas de aplicación para la investigación biomédica tales como:

  • Herramientas computacionales que permitirán el rediseño de cualquier genoma.
  • Creación de plataformas para la realización de pruebas de síntesis de ADN.
  • Síntesis y ensamble de ADN y genomas completos a un menor costo.
  • Mejora en las técnicas de edición de genomas y métodos de recombinación.

Para entender cómo es que se lograrán estos objetivos, consideremos que las instrucciones genéticas del ADN están contenidas en un alfabeto formado por la secuencia de nucleótidos o bases contenidos en los cromosomas, las llamadas “4 letras básicas” que son, adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina (T), cuya combinación contiene la información biológica con las instrucciones para que todo organismo vivo se desarrolle y pueda funcionar. En los humanos, ésta secuencia está formada por dos pares de nucleótidos de 3 mil millones de bases.

De la misma forma que los programadores de software utilizan el código binario formado por unos y ceros para el desarrollo de programas, los científicos pueden utilizar los nucleótidos para diseñar o re-escribir el código genético y modificar o construir organismos biológicos nuevos.

El ADN puede ser fabricado utilizando una nueva tecnología que lo sintetiza, haciendo posible el ensamble de moléculas de ADN sin importar su tamaño. Utilizando esta técnica también conocida como ingeniería biológica, los científicos están rediseñando los genes con la finalidad de realizar mejoras, fabricando nuevas estructuras regulatorias, rutas metabólicas e incluso cromosomas.

Modificar el genoma humano promete increíbles transformaciones que tendrán implicaciones para el avance del campo biomédico, ya que con ello se podrán descifrar los aspectos funcionales de las variaciones del genoma, obteniendo grandes beneficios. Se espera que con el enfoque del HGP-write (Proyecto Genoma Humano-write) para construir los 3 mil millones de pares de bases del ADN humano, se obtengan avances científicos significativos en los aspectos técnico y conceptual. Los avances tecnológicos recientes en la síntesis y edición de genomas, están revolucionando nuestro conocimiento y entendimiento de los organismos biológicos y el campo de la re-ingeniería.

Pero con la finalidad de completar el diseño y síntesis de nuevos genomas, los científicos deberán superar barreras técnicas y de conocimiento que existen el día de hoy. Comparados con los sistemas computacionales, los sistemas biológicos son sumamente complejos, ya que poseen procesos menos predictivos los cuales evolucionan con el tiempo. Este proyecto aumentará notablemente nuestro entendimiento del genoma mejorando nuestra capacidades para diseñarlo o modificarlo.

El gran reto del proyecto GP-write, estimulará la participación de la comunidad científica, atraerá la colaboración de instituciones educativas, y permitirá obtener recursos y apoyos gubernamentales para concluir el proyecto, acelerando así la investigación y desarrollo permitiendo el avance en el campo de la ingeniería biológica y superando muchos de los problemas globales que hoy se enfrentan.

El proyecto GP-write y HGP-write, seguirá una ruta que ha sido proyectado en varias fases con las cuales se podrá evaluar su viabilidad, enfocándose solo en una fracción del genoma, el 1%.  En el caso del HGP-write, los proyectos piloto serán escogidos de acuerdo a su viabilidad, valor para la investigación biomédica, producción biotecnológica, y el desarrollo de plataformas terapéuticas seguras de células madre.

Los objetivos de GP-write y HGP-write son sumamente ambiciosos, ya que fabricar el genoma humano a los costos de hoy en día, sería mucho más oneroso que cuando se desarrolló el proyecto Genoma Humano-read. Estos costos no solamente están relacionados con el ADN, sino también con el diseño de la infraestructura, ensamble, integración, análisis de funcionalidad e interpretación biológica requerida para entender los resultados. Sin embargo, la expectativa es poder reducir los costos del GP-write a medida que nueva tecnología pueda ser desarrollada al igual que sucedió con el proyecto HGP-read. Las recientes y continuas mejoras en el uso de tecnología y otros campos de la biomedicina, no solo están reduciendo los costos, la calidad y el tiempo necesario para completar este proyecto, por lo que se espera que el retorno de la inversión sea sustancial.

Una de las muchas propuestas para el proyecto Genoma Humano write ha sido presentada por los investigadores Jef Boeke, George Church, Farren Isaacs y Marc Lajoie, cuyo objetivo es la creación de una célula germinal humana “ultra segura”, la cual será utilizada como plataforma universal en el desarrollo de biotecnología humana. Esto se logrará alterando el 1% del genoma que incluye los genes, pero dejando de lado todas aquellas regiones que no se utilizan en la codificación de proteínas y que forman la mayor parte del ADN, las cuales al día de hoy son poco entendidas.

Muchos de los detalles sobre la creación de esta célula germinal humana, deberán ser discutidos extensamente por un grupo de genetistas, expertos en genómica y síntesis genómica, así como los planes para su construcción.

Esta célula germinal humana “ultra segura” será utilizada en varias aplicaciones biomédicas, desde productos biológicos hasta la creación de modelos celulares y de tejidos; será de gran valor par las industrias farmacéuticas y de biotecnología, y traerá grandes beneficios a la comunidad biomédica.

Algunas de las propiedades que tendrá esta célula germinal humana “ultra segura” son las siguientes.

  • Resistencia a los virus.
  • Resistencia a los priones, que son partículas infecciosas celulares que afectan la estructura del cerebro y el tejido del sistema nervioso central.
  • Evitará la transmisión de líneas germinales.
  • Resistencia a la radiación.
  • Mecanismos de control de auto-crecimiento y circuitos autodestructivos.
  • Resistencia al cáncer.
  • Mínimo rechazo inmunológico evitando el rechazo de trasplantes.
  • Resistencia al cáncer a través de la re-ingeniería que evitará mutaciones perniciosas.
  • Compatibilidad con la mayoría de poblaciones humanas.

Existe hoy en día una gran polémica respecto a la manipulación del ADN en organismos y no son pocos los que piensan que “estamos jugando a ser Dios”. Sin duda este proyecto está creando y creará una gran polémica a nivel mundial a medida que avance. Es de vital importancia que podamos comprender cuáles son sus implicaciones para el futuro de nuestra especie y entendamos de qué forma puede beneficiarnos o perjudicarnos, ya que tendremos la posibilidad de modificar todos los organismos vivos que pueblan nuestro mundo, a quienes les ha tomado más de 3,000 millones de años de evolución para llegar hasta nuestros días.

No se si verdaderamente estaremos jugando a “ser Dios” si es que realmente existe alguno, pero lo que sí es un hecho, es que hemos llegado hasta este punto porque “hemos cabalgado a hombros de gigantes.”

Si el lector quiere obtener mayor información sobre este proyecto, recomiendo las siguientes ligas:

http://systemsbiology.columbia.edu/news/grand-challenge-for-genome-engineering-gp-write

www.Engineeringbiologycenter.org


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Número 33 - Septiembre 2019
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