El libro La vida a la velocidad de la luz: Desde la doble hélice a los albores de la vida digital de J. Craig Venter, publicado en 2013, narra el trabajo del autor y su equipo en la creación de la primera forma de vida sintética del mundo. Venter, un bioquímico y genetista reconocido, es conocido por su papel en la publicación de la secuencia completa del genoma humano en 2001.
Cuáles fueron las aportaciones novedosas del libro La vida a la velocidad de la luz de J. Craig Venter?
J. Craig Venter hizo varias contribuciones innovadoras al campo de la biotecnología y la ciencia en general:
- Visión holística de la ingeniería genética: Proporciona una visión completa de la ingeniería genética, incluyendo su historia, sus logros más recientes y sus perspectivas futuras.
- Perspectivas futuras de la ingeniería genética: Ofrece una mirada al futuro de la ingeniería genética, incluyendo la creación de organismos sintéticos, la modificación del genoma humano y la producción de biofueles sostenibles.
- Reflexiones éticas y sociales: Aborda las implicaciones éticas y sociales de la ingeniería genética, incluyendo las preocupaciones éticas sobre la modificación del genoma humano y la seguridad de la investigación.
- Visión del futuro: Presenta una visión emocionante del futuro de la biotecnología y su potencial para transformar la salud, el bienestar y el medio ambiente.
Qué teorías y creencias existentes desafió en el momento de su publicación?
- Vitalismo: Desafió el vitalismo, la idea de que la vida contiene alguna esencia única e intangible que no puede ser explicada por la ciencia. Venter argumentó que la vida se puede entender y manipular mediante la ingeniería genética.
- Noción de que la vida es única: Desafió la noción de que la vida es única y que no puede ser replicada mediante la ingeniería genética. Venter demostró que la vida puede ser diseñada y fabricada desde cero.
Principales ideas de La vida a la velocidad de la luz
- La biología moderna se basa en una nueva comprensión de qué es la vida y qué la hace “funcionar”.
- La posibilidad de producir vida artificialmente ha planteado cuestiones tanto prácticas como éticas.
- El descubrimiento de los científicos sobre cómo manipular el ADN transformó el campo de la genética.
- La tecnología informática permitió un procesamiento más rápido del ADN, lo que ayudó a buscar la “receta secreta” de la vida.
- Un experimento crucial condujo a la creación de ADN químico y allanó el camino para la vida sintética.
- En 2007, el equipo del autor produjo el primer genoma sintético de un organismo vivo.
- La fama del equipo es el trasplante del primer genoma sintético a otra célula.
- Al trasplantar ADN sintético a una célula, se creó el primer organismo con un «padre» informático.
- El público recibió al primer organismo sintético con vítores y abucheos.
- La teletransportación no es sólo para Star Trek; Pronto enviaremos código de ADN de planeta en planeta.
La biología moderna se basa en una nueva comprensión de qué es la vida y qué la hace “funcionar”.
El estudio de la biología plantea una pregunta profunda y poderosa: «¿Qué es la vida?»
De hecho, fue exactamente esta profunda pregunta la que llevó al físico Erwin Schrödinger a dar una serie de conferencias innovadoras que provocaron no sólo las mentes científicas reunidas sino también una verdadera revolución en la ciencia.
¿Cómo logró esto? En esencia, Schrödinger presentó una nueva forma de interpretar la vida biológica. (Schrödinger, premio Nobel, también se destaca por su trabajo pionero en física cuántica).
En 1944, Schrödinger publicó ¿Qué es la vida? , un libro basado en sus conferencias. En él, examina qué es exactamente lo que hace que los humanos «funcionen» y, esencialmente, sienta las bases para la investigación genética moderna.
Schrödinger fue uno de los primeros pensadores en sugerir que todo lo que sucede en una célula puede explicarse únicamente mediante procesos físicos y químicos.
Es importante destacar que las ideas de Schrödinger inspiraron a los científicos James Watson y Francis Crick en su propio trabajo, que condujo al descubrimiento de lo que hoy conocemos como el código genético de la vida humana.
En 1953, Watson y Crick observaron más de cerca el ADN y descubrieron su ahora conocida forma de doble hélice. También identificaron el ADN (ácido desoxirribonucleico) como el portador crucial del código que determina la información genética de un organismo.
Estos hombres también descubrieron cómo el ADN se reproduce y transmite su información de generación en generación, trabajo que les valió el Premio Nobel en 1962. Antes de sus esfuerzos, se creía comúnmente que las proteínas (y no el ADN) eran las portadoras de la información genética.
Desde entonces, los científicos han trabajado para desentrañar aún más los numerosos misterios del ADN. Y desde 1970, cuando Crick estableció firmemente el proceso mediante el cual la información genética se transmite a través del ADN, los científicos han trabajado diligentemente para deconstruir y comprender todo el código genético.
En este trabajo está latente la suposición de que toda la vida biológica puede reducirse al nivel celular, un eco de la hipótesis de Schrödinger de hace tantas décadas.
La posibilidad de producir vida artificialmente ha planteado cuestiones tanto prácticas como éticas.
Desde el siglo XIX, la comunidad científica ha debatido el concepto de vida artificial y el potencial para su creación.
El debate comenzó en serio en 1828, cuando el químico alemán Friedrich Wöhler cuestionó la idea de que los materiales orgánicos e inorgánicos diferían en algún aspecto fundamental. Para demostrar que esta noción era falsa, sintetizó químicamente urea, el componente principal de la orina.
Semejante hazaña podría parecer intrascendente hoy en día, pero en su momento fue impactante. La sociedad se aferró a la idea de que la vida humana era preciosa y especial; Si un científico pudiera reproducir artificialmente algo que un humano hace de forma natural, ¿qué dice eso sobre la singularidad de la humanidad?
Desde este descubrimiento se ha abierto una brecha. De un lado están aquellos que creen que la “vida” está determinada exclusivamente por procesos celulares o reacciones físicas y químicas, nada más. Por el otro están los individuos que adhieren a la idea del vitalismo, que postula que la vida depende de un “alma” o de alguna función vital que la anime.
Pero la cuestión de si podemos producir vida artificialmente ya no es tan apremiante como lo era antes. Hoy la pregunta es si deberíamos hacerlo . Mucha gente teme los peligros potenciales que implica “jugar a ser Dios”.
Aquellos con una mentalidad más moral temen que crear vida artificialmente traerá un castigo horrible desde lo alto; o incluso que la vida artificial inteligente pueda desarrollarse fuera de nuestro control. La literatura popular incluso retomó este tema; La criatura aterradora y vengativa creada por el científico loco Frankenstein capturó la imaginación de los profanos que temían lo que pudiera hacer la ciencia.
Incluso en la era moderna, la idea de la inteligencia artificial también plantea cuestiones moralistas. Las representaciones de cyborgs asesinos en la película Terminator , así como un sistema de inteligencia artificial que falló en 2001: Odisea en el espacio , indican la preocupación de la sociedad por la “vida” artificial.
Pero los temores populares no han detenido el tren de la ciencia exploratoria. Hoy en día, los campos de la química, la biología y la informática se han unido para dar origen a la genómica y la ciencia genética modernas.
El descubrimiento de los científicos sobre cómo manipular el ADN transformó el campo de la genética.
¿Alguna vez te has preguntado cómo se combina el ADN, incluso el de diferentes organismos? No se pueden exactamente arrojar genes en un tubo de ensayo y agitarlos, pero los científicos han ideado una forma sorprendentemente sencilla de introducir código genético en ADN extraño.
Los científicos descubrieron que mediante el uso de ciertas proteínas, esencialmente se pueden “cortar” y luego “pegar” fragmentos de ADN. Estas proteínas únicas, llamadas enzimas de restricción, se descubrieron por primera vez en bacterias en la década de 1960.
Las enzimas sirven como “tijeras” químicas para cortar un trozo de ADN de una hebra, creando un espacio que luego se puede llenar con un nuevo trozo de ADN.
Este proceso se llama empalme de genes. Desde su descubrimiento, los científicos han logrado una mejor comprensión del papel del ADN en la vida biológica.
En la década de 1970, el empalme de genes dio un gran paso adelante. Si bien los primeros experimentos involucraron sólo virus simples, en 1972 los científicos realizaron el primer empalme de genes utilizando bacterias más complejas.
Desde entonces, el progreso ha sido rápido y los experimentos de empalme de genes se volvieron rápidamente más complejos, utilizando mamíferos como ratones. Con cada avance, el estudio de la genética se expandió e incorporó descubrimientos cada vez más nuevos, como el papel del ARN (ácido ribonucleico) en la replicación de genes.
Así como el ADN es el código de la vida, el ARN es su repartidor, transportando el código del ADN a los ribosomas, o las fábricas de proteínas celulares que colocan los aminoácidos en el orden correcto para producir proteínas.
El empalme de genes también ayudó a los científicos a descubrir más sobre cómo los defectos genéticos pueden provocar enfermedades hereditarias como la fibrosis quística y otras afecciones.
La tecnología informática permitió un procesamiento más rápido del ADN, lo que ayudó a buscar la “receta secreta” de la vida.
Leer y secuenciar una cadena de ADN no es nada sencillo, pero las ambiciones de los genetistas se acercaron más a la realidad con cada avance de la tecnología informática.
De hecho, fue la introducción de máquinas automatizadas de secuenciación de ADN lo que impulsó la ciencia de la genómica a una fase completamente nueva.
Antes de las poderosas computadoras, secuenciar el código de un solo gen podía llevar hasta un año. Sin embargo, en la década de 1990, la llegada de los tintes fluorescentes y los láseres avanzados hizo posible que los científicos registraran el código genético de forma secuencial en una computadora. Es más, el hecho de que enormes cantidades de información decodificada pudieran almacenarse digitalmente facilitó mucho la investigación.
Fue en ese momento cuando el autor fundó el Instituto de Investigación Genómica, el laboratorio de secuenciación de ADN más grande del mundo.
En 1995, su equipo se convirtió en el primero en secuenciar completamente el ADN de un organismo vivo, sentando las bases para la búsqueda del autor de producir una célula sintética.
La creación de una base de datos de genomas secuenciados esencialmente acercó a los científicos al descubrimiento de las partes constituyentes que son cruciales para toda la vida. Una vez que los científicos pudieron secuenciar una variedad de genomas, pudieron compararlos, un paso importante para identificar diferencias y similitudes que también aumentó nuestra comprensión general de la diversidad de la vida.
A partir de esto, el equipo se propuso descubrir el número mínimo de células necesarias para la creación de vida.
El equipo hizo esto comparando dos grupos de especies diferentes, identificando un total de 480 genes comunes, algunos de estos genes potencialmente esenciales para todos los organismos vivos.
Para probar la teoría, el equipo sintetizó químicamente un cromosoma completo, compuesto únicamente por estos genes esenciales. Si bien el trabajo aún continúa, el equipo ha reducido el grupo eliminando cada vez más genes no esenciales.
Con los avances técnicos tanto en el empalme como en el almacenamiento, así como la capacidad de diferenciar entre genes esenciales y no esenciales, se preparó el escenario para una tarea radicalmente nueva: sintetizar el propio ADN.
Un experimento crucial condujo a la creación de ADN químico y allanó el camino para la vida sintética.
Luego, el equipo del autor se embarcó en un viaje para producir sintéticamente un cromosoma completo, basándose únicamente en un código informático.
Pero primero necesitaban desarrollar algunos procedimientos nuevos. Finalmente, descubrieron un método prometedor para lograr su objetivo.
Para el experimento, el equipo eligió un virus «simple» llamado Phi X 174. Este virus infecta bacterias y se llama bacteriófago. Phi X 174 se había utilizado en diversos experimentos durante más de 40 años y por eso era muy conocido en la comunidad genética.
La estructura simple de Phi X 174 (con solo 11 genes) resultó en que el virus fuera el primero en ser secuenciado genéticamente, así como el primero en tener su genoma copiado. Todo esto convirtió a Phi X 174 en un virus candidato perfecto para los intentos del equipo de sintetizar un cromosoma completo.
Utilizando el virus, el equipo pudo utilizar código informático para producir información genética viable; pero, lo que es más importante, utilizaron la información para demostrar que se podía producir vida biológica utilizando nada más que ADN químico.
Como parte del experimento de 2003, el equipo introdujo su ADN minuciosamente secuenciado del virus Phi X 174 en una computadora. Luego, los sintetizadores automatizados de ADN reprodujeron el código químicamente.
A continuación, el equipo ensambló los bloques de construcción de ADN ya preparados y cuidadosamente seleccionados en el orden correcto. Cuando todo estuvo en su lugar, unieron el ADN usando enzimas.
Luego, el ADN sintético producido se inyectó en una bacteria huésped. Tras un período de incubación, el equipo confirmó que su bacteriófago artificial había infectado con éxito la bacteria.
En apenas dos semanas, el equipo pudo demostrar que el ADN sintético, construido químicamente a partir de código informático, contenía la información necesaria para producir un virus.
En 2007, el equipo del autor produjo el primer genoma sintético de un organismo vivo.
El equipo logró una hazaña asombrosa: sintetizaron un virus, lo que confirmó que el ADN sintético podía activarse.
Pero los virus no están realmente “vivos”, sino que son simplemente información genética recubierta de una proteína. Entonces, ¿sería posible sintetizar un genoma mucho más complicado, por ejemplo a partir de una bacteria “viva”?
Este desafío fue exactamente lo que el equipo del autor abordó a continuación.
El equipo buscó el genoma más pequeño conocido que forma parte de una célula viva y autorreplicante, llamada Mycoplasma genitalium. Esta pequeña bacteria causa infecciones del tracto urinario en humanos.
Pero este proyecto era mucho más grande que el anterior del equipo. Para tener éxito, necesitarían sintetizar con precisión 582.970 pares de bases de ADN, 20 veces más información de la que se había sintetizado hasta ese momento.
La experiencia del equipo demostró que podían mantener la precisión mientras sintetizaban un total de 5.000 pares de bases de código genético, por lo que dividieron el genoma de M. genitalium en 101 segmentos, llamados casetes.
Cada casete se sintetizaría de forma independiente y luego se volvería a ensamblar. El equipo incluso aseguró los derechos de propiedad de su trabajo insertando marcas de agua en el código o secuencias genéticas específicas que marcaban el laboratorio de origen del genoma.
Pero ¿cómo conectaron con precisión las diferentes secciones? Cada casete contenía una secuencia superpuesta al principio y al final, lo que facilitaba a los científicos observar dónde debía unirse cada segmento.
La condición final era encontrar un entorno estable para el código. Se decidieron por células de levadura y luego les inyectaron el nuevo ADN.
Después de examinar minuciosamente la secuencia de ADN e identificar la marca de agua del equipo, anunciaron la producción sintética exitosa de un genoma bacteriano.
¡Por primera vez se había sintetizado el genoma de un organismo vivo! El siguiente paso del equipo sería su desafío más formidable hasta el momento: trasplantar un genoma sintético a una célula para crear un organismo vivo sintético.
La fama del equipo es el trasplante del primer genoma sintético a otra célula.
A pesar de sus maravillas, sintetizar el genoma de un organismo vivo simplemente no fue suficiente para la comunidad científica.
Los escépticos podrían ridiculizar el ADN creado químicamente considerándolo simplemente una molécula sintética, nada especial. La verdadera prueba fue demostrar que el ADN sintético del equipo era realmente viable, y para demostrarlo tendría que introducirse en el cuerpo de una célula para convertirse en la nueva información genética de la célula.
Este era el objetivo final, porque al trasplantar un genoma sintético a una célula, básicamente estarían transformando una especie en otra de una manera que nunca se había logrado.
El primer paso fue empezar de nuevo el experimento desde el principio y con una nueva bacteria. Pero ¿por qué el equipo abandonó M. genitalium? Bueno, la bacteria básicamente se replicó demasiado lentamente, lo que obligó al equipo a esperar hasta seis semanas para saber si una prueba fue exitosa.
El equipo quería ser primero, por lo que la velocidad y la precisión estaban en juego.
El equipo abandonó M. genitalium en favor de un genoma sintético recién adquirido de M. mycoides. Esta bacteria que se reproduce rápidamente les permitió revisar los resultados en cuestión de días.
Encontrar la célula receptora correcta resultaría un poco más difícil. El equipo se dio cuenta de que algunas células tienen una capa superficial defensiva especial que mastica cualquier ADN al contacto, lo que las hace inadecuadas como células receptoras.
Sin embargo, el equipo descubrió que el polietilenglicol podría ayudar a hacer más permeable la membrana de la célula receptora e incluso proteger el ADN durante el trasplante. Con este conocimiento y una bacteria huésped adecuada en la mano, estaban listos.
Al trasplantar ADN sintético a una célula, se creó el primer organismo con un «padre» informático.
Utilizando el método del polietilenglicol, el equipo tuvo éxito en sus pruebas iniciales de trasplante. Luego se prepararon para una secuenciación final, síntesis y trasplante del genoma de M. mycoides.
Sin embargo, las cosas no salieron según lo planeado. Con la secuenciación del ADN, incluso los errores más pequeños pueden ser fatales.
Esto es lo que pasó. Durante el análisis final, el equipo empezó a obtener resultados negativos: la bacteria no estaba creciendo. Una mirada más cercana reveló al culpable: una minúscula eliminación de una letra en la secuenciación del par de bases del ADN. Este error aparentemente pequeño desbarató todo lo que siguió.
El equipo captó el error y corrigió la secuencia. Los trasplantes posteriores se realizaron sin problemas y en el proceso hicieron historia en la genética: ¡la primera especie viva y autorreplicante en tener una computadora como padre!
A medida que se activó el ADN recién insertado, comenzó a crear colonias de células que estaban controladas únicamente por el genoma sintético. Y como el equipo se acordó de poner una marca de agua en su trabajo, ¡incluso llegaron a codificar la dirección de correo electrónico del laboratorio en la secuencia de ADN sintético!
Habían digitalizado la biología convirtiendo el código químico analógico del ADN en el código digital de una computadora; y a partir de esto, reconstruyó la información química en una molécula de ADN para producir células vivas originales.
El equipo llamó a la nueva célula M. mycoides JCVI-syn 1.0 , en honor al Instituto J. Craig Venter.
Con este innovador experimento, la vida sintética se hizo realidad. Pero, ¿cómo reaccionó la gente ante este avance? Y más importante aún, ¿qué impacto tendrá la vida artificial en el futuro?
El público recibió al primer organismo sintético con vítores y abucheos.
El objetivo del autor al crear el primer ejemplo de vida sintética era demostrar que el ADN es el software y la base de toda la vida. En otras palabras, quería acabar con todos los argumentos a favor del vitalismo.
Sin embargo, lograr que la gente se ponga de acuerdo sobre lo que constituye la “vida” no es una tarea fácil.
Las respuestas al avance fueron mixtas. Algunos periodistas dijeron que fue un momento profundo; otros lo llamaron un descubrimiento fortuito pero importante. Algunos incluso dijeron que en realidad no se había creado ninguna “vida sintética”, ya que para el trasplante se utilizó una célula natural y no una sintética.
Este último grupo sostuvo que el término “vida sintética” debería usarse sólo para referirse a organismos creados enteramente desde cero. Sin embargo, es prácticamente imposible crear algo sin utilizar un ingrediente que haya sido preprocesado de una forma u otra. Por ejemplo, cuando horneas un pastel desde cero, rara vez mueles la harina o mueles el azúcar tú mismo.
Pero lo más importante es que a muchas personas les preocupaba que este proceso pudiera terminar en las manos equivocadas. Los avances tecnológicos han permitido versiones caseras de herramientas de laboratorio, y la información de fuente abierta podría hacer posible que casi cualquier persona juegue con el “software” de la vida.
Por ejemplo, los bioterroristas podrían aprender a producir gérmenes potencialmente letales, como la bacteria que causa la peste bubónica, que mató a decenas de millones de personas en la Edad Media.
Por lo tanto, las regulaciones son necesarias, pero también es importante mantener una perspectiva que equilibre las amenazas remotas pero potenciales con los increíbles beneficios de la biotecnología.
Por ejemplo, los estudiantes de biología ahora tienen un acceso sin precedentes a la tecnología que solía estar reservada para los mejores científicos, lo que ayuda a todos a beneficiarse de un mayor conocimiento y descubrimiento.
Y aún hay más por venir. ¡Imagínese los beneficios de teletransportar ADN o incluso organismos enteros, una posibilidad que podría desbloquearse digitalizando y sintetizando ADN!
La teletransportación no es sólo para Star Trek; Pronto enviaremos código de ADN de planeta en planeta.
Eres uno de los primeros colonos en Marte. Sin embargo, la máquina que regula la presión atmosférica de su refugio produce una fuga, exponiéndolo a un germen extraño. Necesitas un antibiótico, pero sólo un laboratorio del mundo puede ayudarte. entonces cuales son tus opciones?
Claro, todavía no hay colonias en Marte. Pero los científicos terrestres ya están pensando en situaciones como ésta y encontrando soluciones para los desafíos de la vida entre las estrellas.
La teletransportación biológica es una posible solución. A partir de su trabajo utilizando códigos informáticos para generar organismos vivos, el equipo del autor ha estado explorando formas de convertir la información genética en ondas electromagnéticas capaces de viajar grandes distancias.
Si estos experimentos tienen éxito, podremos enviar a la velocidad de la luz la información necesaria para construir vida: esencialmente teletransportación biológica.
Por ejemplo, se podría teletransportar el ADN de la bacteria marciana a un laboratorio en la Tierra, donde los científicos podrían idear y luego teletransportar un antibiótico.
Las aplicaciones sanitarias de esta tecnología son innumerables. Podría usarse para diagnosticar rápidamente nuevas enfermedades o diseñar medicamentos y entregarlos instantáneamente a los hospitales a través de sus estructuras moleculares.
La teletransportación biológica también puede ayudarnos a comprender la vida en otros planetas. Si descubriéramos una forma de vida extraterrestre, naturalmente querríamos analizarla en un laboratorio. El único problema es el transporte. Un espécimen podría morir durante el largo viaje a la Tierra o podría contener algo dañino, como una bacteria carnívora.
Pero pronto podremos tener secuenciadores del genoma controlados robóticamente que puedan leer el ADN de cualquier microbio y enviar la información directamente a laboratorios en la Tierra, donde el organismo podrá reconstruirse de forma segura en un entorno controlado.
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