Biología sintética: grandes promesas respaldadas por una mala teoría

La biología sintética es la nueva tecnología que se presenta como la panacea para remediar nuestros problemas sociales, ambientales y de salud pública. Como proclamaron muchos biólogos sintéticos destacados en 2007, el mundo “se enfrenta a problemas abrumadores relacionados con el cambio climático, la energía, la salud y los recursos hídricos. La biología sintética ofrece soluciones a estos problemas… Dentro de cincuenta años, la biología sintética será tan omnipresente y transformadora como lo es la electrónica hoy en día”.”

Más allá de las afirmaciones audaces, la premisa fundamental de la biología sintética —que la complejidad de los organismos puede remodelarse con resultados predecibles mediante herramientas de ingeniería sencillas y componentes estandarizados— podría desviar la investigación científica y la financiación de programas más beneficiosos para el avance de la ciencia y el bien público. Además, el innegable poder de esta tecnología para alterar los sistemas vivos también conlleva riesgos potenciales.

La biología sintética es un conjunto de técnicas y agendas (tanto de investigación como comerciales) que incluye:

Ingeniería celular dirigida por el genoma: la sustitución de ADN o análogos de ADN sintetizados químicamente por sus contrapartes naturales para modificar el comportamiento celular o producir nuevos productos; construcción de dispositivos basados en ADN: la construcción de secuencias de ADN que codifican moléculas de proteínas o ARN que se ensamblan en entidades complejas con funciones previamente definidas o nuevas; y creación de protocélulas: intentos de definir y construir sistemas vivos básicos a partir de conjuntos mínimos de moléculas.ii

La visión implícita y a veces explícita de este campo sobre las células y los organismos multicelulares es que son dispositivos que implementan conjuntos de tareas o funciones definidas, o si no lo son inherentemente, pueden ser diseñados para ajustarse a esta descripción.iii Citando al biólogo sintético Drew Endy, el objetivo es “ayudar a que la biología sea fácil de diseñar”.iv Los biólogos sintéticos ven el mundo a través de la metáfora de la “biología como máquina” y, como tales, creen que el ADN es el “código” que, una vez insertado en un “chasis”, le dice a la “computadora” celular cómo funcionar.

La ingeniería celular dirigida por el genoma ignora deliberadamente muchas de las características de las células y los organismos que han surgido del amplio campo de la biología de sistemas (véase más adelante), incluido el reconocimiento de respuestas no lineales a pequeñas variaciones internas o externas, la causalidad en múltiples escalas espaciales y temporales, la correspondencia de muchos a muchos entre genotipos y fenotipos, y el campo emergente de la epigenómica, que analiza cómo interactúa el ADN con su entorno celular y externo.

Se desdeña la comprensión sistemática de la relación genotipo-fenotipo en favor de la selección natural industrializada. Una estrategia muy publicitada consiste en la producción masiva de miles de millones de genomas variantes de E. coli, seguida de la selección de fenotipos favorables.

Construcción de dispositivos

La construcción de dispositivos basados en ADN propone una visión alternativa, ligeramente menos simplista, de los sistemas biológicos, defendida con igual seguridad que la idea del programa genético, aunque claramente incompatible con ella. Este método busca producir circuitos bioquímico-genéticos que constituyen “partes biológicas estándar” o “BioBricks”, es decir, bloques moleculares tipo Lego que pueden ensamblarse para construir nuevas formas de vida con las propiedades deseadas.

El Registro de Componentes Biológicos Estándar del campo ejemplifica las dificultades de implementar este programa ante la complejidad incluso de los organismos vivos más simples. Si bien el Registro promete “una colección de componentes genéticos que pueden combinarse para construir dispositivos y sistemas de biología sintética”,^vii los ponentes en una reunión sobre biología sintética en julio de 2010 concluyeron que, de los 13 413 elementos que figuraban entonces en el Registro, 11 084 no funcionaban como se anunciaba.^viii

La construcción de dispositivos basados en ADN, sin embargo, aprovecha y ha contribuido al floreciente campo de la biología de sistemas, que trabaja no solo con genes, sino también con la física y la dinámica química de los productos genéticos y las células que interactúan en múltiples escalas espaciales y temporales.ix Nuestra mejor comprensión de cómo funcionan estos sistemas proviene de modelos matemáticos y computacionales.

Aun así, los resultados de estos modelos parecen indicar que “la partición de una red en módulos pequeños… podría resultar engañosa en algunos casos, ya que el comportamiento de estos módulos se ve afectado en gran medida por el resto de la red en la que se encuentran integrados”.^x De hecho, redes genéticas simples con cambios mínimos pueden dar lugar a efectos cualitativamente diferentes o incluso opuestos.^xi Además, muchas proteínas modifican su estructura y función en función del contexto.^xii

La principal deficiencia conceptual de la biología sintética, sin embargo, radica en que ignora la historia evolutiva de todos los organismos actuales (por ejemplo, aquellos que la ingeniería celular dirigida por el genoma busca reprogramar y la construcción de dispositivos basados en ADN pretende mejorar). Esto se aplica incluso a gran parte del trabajo en la rama científicamente más fundamental del campo: la creación de protocélulas, que busca construir las unidades mínimas de vida.

Cuando las protocélulas originales y antiguas surgieron hace más de 3 mil millones de años a partir de componentes no vivos, lo más probable es que no contuvieran ADN, ARN, proteínas ni moléculas de lípidos formadores de membrana (es decir, insolubles en agua); diferentes moléculas proporcionaron el sustrato material para la vida antigua.xiii,xiv Las protocélulas hechas de biomoléculas modernas, por muy “básicas” que parezcan, aportan poca información sobre los orígenes de la vida.

En lo que respecta a las ramas más prácticas y comerciales del campo descritas en este artículo, se observa poco reconocimiento de que los genomas de las células actuales son registros sobrescritos y revisados de los miles de millones de años de evolución transcurridos desde que el ADN se convirtió en el material genético principal. Por lo tanto, resulta imposible descifrar los mecanismos celulares fundamentales simplemente leyendo (o escribiendo) la secuencia de ADN de cualquier organismo moderno.

Evaluación de riesgos

Aunque la ciencia que sustenta la biología sintética se basa en una teoría cuestionable, su potencial para alterar los sistemas vivos puede causar daños reales. Lamentablemente, estos riesgos aún no se han estudiado adecuadamente. Según un artículo sobre cómo evitar un “desastre de la biología sintética” publicado en Nature, “nadie comprende todavía los riesgos que los organismos sintéticos representan para el medio ambiente, qué tipo de información se necesita para realizar evaluaciones rigurosas ni quién debería recopilar dichos datos”.

Un estudio realizado por el Centro Internacional Woodrow Wilson para Académicos reveló que, de los 134.000 millones de dólares gastados por el gobierno estadounidense en biología sintética entre 2005 y 2010, ningún proyecto se dedicó a la evaluación de riesgos ambientales, ya sea por la liberación accidental o intencional de organismos sintéticos al medio ambiente.xvi

La Comisión Presidencial de Estados Unidos para el Estudio de Cuestiones Bioéticas declaró en su informe de 2010 sobre biología sintética que “la ciencia responsable debe rechazar el imperativo tecnológico: el mero hecho de que algo nuevo pueda hacerse no significa que deba hacerse. Lamentablemente, la historia de la ciencia, tanto aquí como en el extranjero, está plagada de ejemplos de libertad intelectual ejercida sin responsabilidad, lo que ha dado lugar a terribles afrentas contra poblaciones vulnerables, el medio ambiente y los ideales de la propia profesión científica”.xvii

El rechazo de este imperativo tecnológico y el reconocimiento de las limitaciones y riesgos inherentes a la biología sintética exigen la adopción de precauciones en el futuro.

Los recientemente publicados Principios para la Supervisión de la Biología Sintética,xviii respaldados por 113 organizaciones de la sociedad civil de todo el mundo, han pedido una moratoria sobre la liberación y el uso comercial de organismos sintéticos hasta que los organismos gubernamentales, con la plena participación del público, hayan:

Desarrolló una agenda de investigación guiada por el interés público; garantizó que se consideraran plenamente los enfoques alternativos para las aplicaciones de la biología sintética; realizó evaluaciones completas e inclusivas de las implicaciones de esta tecnología, incluyendo, entre otras cosas, la elaboración de un medio integral para evaluar los impactos de la biología sintética en la salud humana, el medio ambiente y la economía, y prevenir los daños donde existan; y desarrolló mecanismos nacionales e internacionales de supervisión y seguridad equipados para mantenerse al día con los riesgos a medida que se desarrollan las tecnologías de biología sintética.

Hasta entonces, no es aconsejable avanzar con la biología sintética fuera del laboratorio.

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Eric Hoffman ([email protected]) es activista de alimentación y tecnología en Amigos de la Tierra. Stuart Newman, doctor en filosofía, es profesor de biología celular y anatomía en el Colegio Médico de Nueva York.

Citas:
i. Declaración de Ilulissat. Junio de 2007. .
ii. O'Malley, MA, A. Powell, JF Davies y J. Calvert. 2008. Distinciones en la creación de conocimiento en biología sintética. Bioessays 30 (1): 57_65.
iii. Ball, P. 2004. Biología sintética: Empezando desde cero. Nature 431 (7009): 624-626. Véase la cita de Tom Knight, científico informático sénior de la Escuela de Ingeniería del MIT y creador del concepto de BioBrick, quien afirma: “Una alternativa para comprender la complejidad es deshacerse de ella”.”
iv. Véase: http://openwetware.org/wiki/Endy:Research#Synthetic_Biology
v. Bohannon, J. “El hacker de la vida”. Science 333, no. 6047 (2011): 1236-7.
vi. Una marca registrada de la Fundación BioBricks: http://biobricks.org/
vii. Ver: http://partsregistry.org/Main_Page
viii. Kean, S. 2011. Un laboratorio propio. Science 333 (6047): 1240_1241.
ix. Newman, SA 2003. El auge y la caída de la biología de sistemas. Genewatch. 16 (4): 8_12.
incógnita. Isalan, M., C. Lemerle, K. Michalodimitrakis, C. Horn, P. Beltrao, E. Raineri, M. Garriga-Canut y L. Serrano. 2008. Evolubilidad y jerarquía en redes de genes bacterianos recableados. Naturaleza 452 (7189): 840_845.
xi. Isalan, M. 2009. Redes genéticas y paradojas mentirosas. Bioensayos 31 (10): 1110_1115.
xii. Uversky, VN 2011. Multitud de modos de unión alcanzables por proteínas intrínsecamente desordenadas: una galería de retratos de complejos basados en el desorden. Chemical Society Reviews 40 (3): 1623-1634.
xiii. Budin, I. y JW Szostak. 2010. Ampliando el papel de diversos fenómenos físicos durante el origen de la vida. Annual Review of Biophysics 39: 245_263.
xiv. Deamer, D. y AL Weber. 2010. Bioenergética y orígenes de la vida. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology 2 (2): a004929.
xv. Dana, Genya V., Todd Kuiken, David Rejeski y Allison A. Snow. “Cuatro pasos para evitar un desastre en biología sintética”. Nature 483 (2012): 29
xvi. Tendencias en la financiación de la investigación en biología sintética en Estados Unidos y Europa. Proyecto de biología sintética del Centro Internacional Woodrow Wilson para Académicos, junio de 2010. http://www.synbioproject.org/process/assets/files/6420/final_synbio_funding_web2.pdf.
xvii. Comisión Presidencial para el Estudio de Cuestiones Bioéticas. 2010. Nuevas direcciones: La ética de la biología sintética y las tecnologías emergentes, diciembre de 2010, Washington, D.C.
xviii. “Coalición mundial pide supervisión de la biología sintética”. Amigos de la Tierra EE. UU., 13 de marzo de 2012. Web. El informe completo está disponible en: http://bit.ly/GQC7zQ