Investigadores de la Universidad de Warwick han desarrollado nuevas estrategias para optimizar la producción de proteínas a partir de células modificadas genéticamente, logrando que estas "fábricas celulares" sean más duraderas y productivas sin necesidad de antibióticos ni métodos de ingeniería complejos. Este avance marca un paso importante hacia una biotecnología sostenible.
La sintética biología busca transformar células vivas, principalmente bacterias, en fábricas químicas capaces de generar sustancias esenciales para la salud, la industria y el medio ambiente. Para ello, se introducen circuitos genéticos (programas de ADN sintético) en las bacterias con el fin de aprovechar su maquinaria interna para producir estos compuestos.
No obstante, los esfuerzos previos para crear estas "fábricas vivientes" han enfrentado dificultades significativas. Las células modificadas frecuentemente dejan de funcionar debido al estrés asociado con la producción química, lo que puede llevar a mutaciones o a ser superadas por células mutantes más rápidas en crecimiento, limitando así su vida útil productiva.
Nuevas Soluciones para Fábricas Celulares
En un artículo publicado en Nature Communications, los investigadores utilizaron simulaciones computacionales detalladas que imitan el crecimiento, mutación y competencia de las bacterias en laboratorio. Esto les permitió encontrar soluciones innovadoras para optimizar las fábricas celulares. Se evaluaron diversas estrategias de ingeniería genética con el objetivo teórico de mantener la estabilidad y maximizar la producción a lo largo de múltiples generaciones.
Dr. Alexander Darlington, investigador del Royal Academy of Engineering y profesor asistente en la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Warwick, comentó: “Las células modificadas tienen una vida útil limitada debido al estrés y son propensas a errores genéticos que resultan en mutaciones destructivas. Estos mutantes tienden a crecer más rápido y dominan rápidamente la fábrica celular.”
“El modelado computacional que hemos realizado comparó varias estrategias genéticas diferentes —los ‘controladores del circuito génico’— y determinó cuáles eran las mejores antes incluso de llegar al laboratorio. Ahora estamos buscando implementar estas estrategias en las bacterias para mejorar su longevidad, producción y resistencia a mutaciones.”
El enfoque óptimo propuesto implica sistemas de retroalimentación negativa que funcionan mediante la inserción de genes que actúan como sensores, monitoreando las tasas de crecimiento celular y la producción química. Estos genes ajustan automáticamente su actividad para mantener un funcionamiento equilibrado. Aunque esto puede resultar en una ligera reducción en la tasa de producción individual por célula, gracias a las vidas útiles significativamente más largas, la producción acumulativa total es mucho mayor.
Impacto Potencial en Biotecnología
Dr. Darlington añadió: “Después de insertar un circuito génico en una célula, producir el producto químico consume energía y recursos, lo que ralentiza el crecimiento celular y favorece mutaciones que pueden desactivar el circuito génico modificado. Hemos desarrollado un modelo matemático sofisticado que captura el crecimiento celular, la producción proteica, mutación y selección, combinándolo con técnicas de optimización para diseñar múltiples estrategias diferentes de control genético; ahora viene la parte emocionante: probarlas en el laboratorio.”
Los métodos propuestos no requieren antibióticos, lo cual reduce el riesgo potencial de resistencia a estos medicamentos ni esfuerzos complejos de ingeniería que suelen ser costosos. El equipo considera que su enfoque simplifica los esfuerzos de ingeniería y podría acortar los tiempos necesarios para el desarrollo del producto.
Además, estos métodos pueden aplicarse fácilmente a diferentes sistemas sin necesidad de rediseños significativos e integrarse con enfoques existentes, contribuyendo así al objetivo final: aplicaciones robustas y fiables dentro del ámbito de la biología sintética a largo plazo.
FIN
Notas para editores:
El artículo titulado ‘Controladores genéticos para mejorar la longevidad evolutiva de circuitos génicos sintéticos en bacterias’ ha sido publicado en Nature Communications.
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