BIOINGENIERÍA Sistemas retroalimentados Un circuito genético de acción estable
Cada célula contiene miles o decenas de miles de genes. Cada gen porta las instrucciones para fabricar una proteína distinta, y cada proteína dirige una reacción química, interviene en ella o ejecuta alguna función útil como, por ejemplo, activar o reprimir un gen o una gran batería de genes, y vuelta a empezar. Todo ello compone una maraña inextricable que, para colmo, está sometida a las enormes perturbaciones aleatorias típicas de las reacciones químicas, que en último término se deben al encuentro más o menos fortuito de dos o más moléculas. ¿Cómo se puede controlar ese laberinto estocásti...
Cada célula contiene miles o decenas de miles de genes. Cada gen porta las instrucciones para fabricar una proteína distinta, y cada proteína dirige una reacción química, interviene en ella o ejecuta alguna función útil como, por ejemplo, activar o reprimir un gen o una gran batería de genes, y vuelta a empezar. Todo ello compone una maraña inextricable que, para colmo, está sometida a las enormes perturbaciones aleatorias típicas de las reacciones químicas, que en último término se deben al encuentro más o menos fortuito de dos o más moléculas. ¿Cómo se puede controlar ese laberinto estocástico para algún fin concreto y preciso? El equipo del español Luis Serrano, del Laboratorio Europeo de Biología Molecular (EMBL, en Heidelberg, Alemania) acaba de diseñar una estrategia muy simple y eficaz (Science, 1 de junio).Cuando un gen artificial se introduce en muchas células, el grado de actividad de ese gen varía mucho de una célula a otra, debido a las perturbaciones estocásticas mencionadas antes. Serrano y su estudiante de doctorado Attila Becskei han diseñado un gen artificial que, gracias a la incorporación de un simple bucle de retroalimentación, logra un grado de actividad fijo y estable en todas las células.
El bucle funciona así: el gen artificial fabrica una proteína con dos partes. Una parte cumple una función cualquiera (en este caso brilla, para poder medir fácilmente su cantidad en cada célula, pero el diseño se puede adaptar para poner ahí cualquier función útil). Y la otra parte funciona como un represor de genes: un trozo de proteína que reduce la actividad de aquellos genes a los que se pega. Que se pegue o no depende de que el gen contenga o no un elemento de ADN adecuado. Y los investigadores han puesto ese elemento de ADN en su gen artificial. He ahí el bucle de retroalimentación: mientras el gen está activo, la proteína represora se va acumulando, pero cuando alcanza cierta cantidad empieza a reprimir al gen. El resultado es que la actividad del gen alcanza un nivel fijo y estable en todas las células.
"Este simple bucle de retroalimentación nos permitirá diseñar circuitos genéticos cuya actividad esté controlada con precisión pese al entorno variable de cada célula y sin que importen las perturbaciones estocásticas de su interior", decía ayer Serrano desde su laboratorio de Heidelberg. "Estos circuitos simples serán pronto los elementos básicos de una verdadera ingeniería genética de sistemas, con la que aprenderemos a diseñar grupos complejos y coherentes de funciones biológicas. Más tarde podremos diseñar un organismo completo".
Serrano cree que muchos grupos de investigación entrarán en tromba al diseño de circuitos genéticos en los próximos años. "La genómica y sus derivados nos darán pronto toda la información descriptiva que necesitamos", dice. "Ahora hay que comprender cómo funcionan los sistemas complejos en su conjunto, modelarlos, predecirlos y diseñarlos".