Surgimiento de la Biología Sintética

No hay una fecha exacta para situar el origen de la biología sintética. Es una disciplina científica que emerge a finales del siglo XX, a partir de los avances en la biología molecular y la ingeniería genética, de donde se goza específicamente de técnicas y métodos, tales como la clonación de ADN, la Polymerase Chain Reaction (PCR) y la secuenciación de genomas. [1] A partir de estos progresos, se logró comprender que los organismos vivos funcionan, en parte, con base en módulos genéticos que dictan funciones específicas y bien definidas. Sumado a todo esto, se logran integrar nuevas herramientas, como el modelamiento matemático, el cual permite predecir el comportamiento de algún sistema biológico complejo, como si fuese una máquina.

En la actualidad, se puede definir la biología sintética como:

  • “La ingeniería de la biología: Síntesis de sistemas complejos basados (o inspirados) en la biología que presentan funciones que no existen en la naturaleza” [2]
  • “Diseño y construcción de nuevas partes biológicas, dispositivos, sistemas y el re-diseño de sistemas biológicos existentes para propósitos útiles” [3]

Es importante no confundirlo con la ingeniería genética. En particular, estos dos conceptos difieren en el enfoque. La ingeniería genética tiene como objetivo manipular el ADN, lo que posibilita modificar las características hereditarias de un organismo, con el fin de añadir propiedades beneficiosas o remover propiedades perjudiciales. En cambio, la biología sintética, tiene como finalidad diseñar nuevos sistemas vivientes que respondan a propósitos humanos. Estos sistemas son entendidos como micro máquinas; un conjunto de elementos funcionales relacionados entre sí [4, 5]

Este propósito, la biología sintética lo logra integrando tres principios ingenieriles a la biología : estandarización, modularidad, abstracción. [6]

1. Estandarización: En el ADN, se pueden identificar partes genéticas, que son secuencias de ADN que cumplen una función específica. La estandarización busca que esta función sea predecible, replicable y que se exprese de forma similar en todos los organismos. Esta explicación se puede abordar desde un punto de vista mecánico. Un tornillo estandarizado respeta un proceso de fabricación que responde a una norma específica y funcionará igual en cualquier parte del mundo, como se explica en la Fig. 1. Así, de la misma forma que existen catálogos de herramientas mecánicas, existe un “catálogo” de partes genéticas que es el Repositorio de Partes Biológicas Estandarizadas, complementado año trás año por los distintos equipos que participan de la competencia internacional de Máquinas Genéticas iGEM. Este catálogo contiene secuencias de ADN identificadas y probadas que cumplen una función determinada (por ejemplo: detectar la presencia de un metal, codificar para una proteína fluorescente, detener el proceso de transcripción, etc) pero también protocolos estandarizados para manipular ADN en laboratorio.estandarizacion
Fig. 1 – Ilustración del concepto de estandarización aplicado a la biología: se busca que una secuencia de ADN cumpla la misma función independientemente del organismo en el cual se encuentra, de la misma forma que un tornillo funciona siempre de la misma forma, sin importar el país en el cual se está utilizando.

2. Abstracción: Es un proceso que permite extraer desde el comportamiento observado de un sistema las leyes que lo rigen y permite establecer analogías con otras disciplinas. En este caso, se han generado fuertes analogías con la programación y la electrónica. Así como el código binario es el sistema numérico que le da las instrucciones al computador, el ADN es el código cuaternario compuesto por bases nitrogenadas que le da las instrucciones a la célula, como se ve en la Fig. 2.bacteria programadaFig.2 – Ilustración del principio de abstracción aplicado a la biología. De la misma forma que las características de un computador son determinadas por el código binario que conocemos, las funciones y características de una célula son determinadas por su propio código, el ADN. (Fuente)

3. Modularidad: En ingeniería, un módulo es una unidad funcional que conserva sus propiedades intrínsecas independientemente del entorno al que esté conectado y que esta independencia se logra minimizando las interacciones del entorno sobre el módulo [7]. La modularidad permite entonces descomponer un problema macroscópico en varios sub-problemas independientes y por lo tanto construir la solución global a partir de las soluciones parciales, que son los módulos.
En particular, se puede diseñar una función biológica compleja dentro de un organismo, descomponiéndola en sub-funciones. Cada sub-función se puede diseñar a partir de módulos genéticos constituidos de partes estándares, como se muestra en la Fig. 3. Luego, los módulos pueden interactuar entre ellos, generando así una red de regulación génica llamada “circuito genético”, en analogía a los circuitos electrónicos.lego-evolutionFig. 3 – Concepto de modularidad aplicado a la biología: ensamblar piezas estándares de ADN permite diseñar un módulo funcional. (Fuente)

Les gustó este artículo? Pueden dejarnos un comentario! Los dejamos invitados desde ya a leer nuestro próximo artículo sobre las aplicaciones de la biología sintética! Nos vemos el lunes 🙂

Referencias

[1] Hobom B. Gene surgery: on the threshold of synthetic biology. 1980.

[2] European Commission. Synthetic Biology: Applying Engineering to Biology. Report of a NEST High-Level
Expert Group. RTD Info. 2005.

[3] OpenWetWare. Synthetic Biology Community. [En línea] < http://syntheticbiology.org/> [consulta:
29/08/2016].

[4] J. Maiso. Biología sintética: entre la ingeniería biológica y la bioeconomía. Viento Sur, N°131, pp.32-42. 2013. [en línea] <http://www.vientosur.info/IMG/pdf/VS131_J_Maiso_Biologia_sintetica_entre_ingenieria_biologica_y_bioeconomia.pdf> [consulta: 29/08/2016]

[5] S.A Benner & A.M. Sismour. Synthetic Biology. Nature Reviews. Genetics. pp. 533-543. 2005.

[6] Asociación Mexicana de Biología Sintética A.C. BioSintetica. Biología Sintética. [en línea]  <http://www.biosintetica.mx/index.php?option=com_content&view=article&id=26&Itemid=9> [consulta: 29/08/2016]

[7]  H. M. Sauro. Modularity defined. Molecular Systems Biology, Vol.4, pp. 166. 2008.

Imagen de la portada: Fuente.

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