Biologia sintètica

Print Friendly, PDF & Email

Dimecres 15 de desembre va ser el darrer cafè de l’any. Va venir Javier Macía, del Departament de Ciències Experimentals i de la Salut (UPF) per explicar-nos què és la biologia sintètica. Vam parlar de com el coneixement del genoma humà, gràcies a les tècniques avançades de laboratori i de bioinformàtica, han permès pensar en modificar el genoma per guarir malalties genètiques. Però abans de poder aplicar la biologia sintètica cal dissenyar els circuits genètics de cada malaltia. Com es fa?

En Javier comença explicant-nos que treballa al PRBB, el Parc de Recerca Biomèdica on més de 1.400 investigadors de 52 països fan recerca -encara resten molts per convidar als cafès! Per explicar la seva recerca ens recorda una reflexió de Charles Darwin «no és l’espècie més forta ni la més intel·ligent la que sobreviu; sinó, la més capaç d’adaptar-se al canvi». I ens dóna unes pinzellades sobre evolució. Sempre és suggeridor sentir un físic explicant biologia; parteixen d’un altre punt de vista.

Els humans hem aprofitat aquesta capacitat per la cria selectiva d’animals o de vegetals. De fet, la domesticació és una forma de biologia sintètica; cal preguntar-se: hauria aparegut una determinada raça de gos de forma «natural»? Probablement, no. Les vaques han estat seleccionades per donar quantitats enormes de llet, molta més de la que necessita el seu vedell, que aprofitem els humans.

Ara bé, controlar l’evolució mitjançant la selecció és una via molt lenta. Podríem accelerar-la? Podríem creuar diferents animals per obtenir-ne una de nova? El creuament entre un cavall i un ase dóna una mula estèril, no una nova espècie. Frankenstein va ser format per peces de diferents persones; no ben bé de diferents espècies; tot i això, el llibre de Mary Shelley es podria considerar com un primer pas de biologia sintètica en ciència ficció.

La biologia sintètica actual, per comptes de prendre peces d’organismes, pren fragments de DNA de diferents organismes, i en genera un de nou amb propietats noves que donen solució a un problema. Ara bé, per testejar les possibles respostes al problema plantejat, l’equip de Javier abans d’anar al laboratori fa una formalització matemàtica; amb una simulació poden veure si la proposta arriba a les expectatives. Quan els hi funciona en la teoría, van al laboratori.

En la vida quotidiana tenim diversos exemples de biologia sintètica. Es va introduir el gen de la insulina humana en un bacteri i és aquesta la que es dispensa a les farmàcies per als diabètics. També s’aconsegueix a partir de síntesi bacteriana el factor de coagulació per als hemofílics. Però, per evitar punxades, la recerca més moderna busca dispositius que detectin la hiperglucèmia i segreguin insulina d’un dipòsit, de manera automatitzada.

També es creen porcs sense virus porcins dels quals obtenir òrgans aptes per a trasplantaments en humans. O sistemes ingeribles formats per «bacteris electrònics«, que monitoritzen la salut gastrointestinal. O bé es preparen plantes, com Arabidopsis thaliana, amb detectors que les fan canviar de color en entrar en contacte amb productes de nitrogen que s’escapen de les mines anti-persona abandonades en terrenys de zones de conflicte.

En el camp alimentari, es busca de produir aliments sense necessitat de conrear. A l’empresa suïssa Evolva investiguen com obtenir estèvia o safrà introduint la seqüència biològica de la seva síntesi en bacteris, per comptes de conrear la planta. Abaixarien els preus i l’impacte ambiental seria menor. O es podria sintetitzar opioides en llevats; qui sap si podrien desaparèixer els problemes associats al mercat del narcotràfic.

Tanmateix, segons el biòleg sintètic estatunidenc del MIT, Christopher Voigt, ha arribat el moment que els biòlegs sintètics desenvolupin aplicacions per al món real. Al laboratori els experiments es fan a pocs litres, cal pensar en la producció industrial, que requereix d’enormes quantitats del producte final. Per això, dels laboratoris sorgeixen spin-offs, empreses derivades d’un projecte de recerca, que transfereixen el coneixement per obtenir resultats per a ser distribuïts a preus competitius.

Seguint aquesta filosofia, el grup de Javier han creat dues empreses. A BIOM creen cel·lulosa a partir, per exemple, de purins. A KOA biotech preparen biosensors per detectar contaminació de metalls o de patògens, per exemple, en piscifactories.

Durant del debat, a part de les preguntes més concretes, que donen més informació, s’obren tres debats. El primer és l’ús dels organismes modificats genèticament. El segon, el canvi de mentalitat, que veu el que abans era un residu, com els purins, en un substrat per buscar noves aplicacions i, d’aquesta manera, reduir els residus i obtenir productes necessaris, com la cel·lulosa, de manera més sostenible. El tercer, és considerar els organismes vius com a exemple de màquines eficients que cal imitar.

Javier, com a físic, com vas arribar a fer biologia sintètica? Va ser una carambola. Vaig fer física aplicada; fèiem circuits electrònics i dispositius amb productes no convencionals. Gràcies a un amic, Ricard Solé, amb qui havia coincidit a la carrera, ell ja era al PRBB o jo a la politècnica, vam parlar sobre biologia computacional i em va demanar si em volia incorporar al seu grup. En aquell entorn tan bio, em vaig preguntar si no podria prendre éssers vius com a substrat. Vam pensar de fer cèl·lules computeritzades que detectessin determinats senyals. De mica en mica vam anar apropant els llenguatge dels 0 i 1 al llenguatge de les proteïnes… quan vam trencar aquesta barrera conceptual vam entrar en el camp de la biologia sintètica.

Vam sortir als diaris, per haver creat una computadora biològica, quan només eren els primers models! Fer aquest equip mixt va ser crucial per al desenvolupament de la nostra recerca. És molt estimulant i molt divertit… arribo a la feina amb ganes de veure els resultats dels experiments.

Gràcies Javier per transmetre’ns el teu entusiasme!

Podreu trobar la sessió completa al canal de youtube, amb molts més detalls.

Més informació
Com s’edita la informació genètica?, cafè científic amb Marc Güell (20/09/2018)
La papallona i la tempesta, cafè científic amb Ricard Solé (16/12/2009)

Javier Macía a El·lipse, PRBB «Nosaltres no fem biologia; fem enginyeria amb peces biològiques.» (07/10/2019)

Imatge: Wikimedia Commons