Antecedentes

La medicina ha tratado enfermedades durante mucho tiempo mediante la modificación o el uso de biomoléculas ya existentes en la naturaleza. Las terapias celulares y génicas actuales se limitan a insertar o editar genes específicos sobre marcos genómicos naturales. Este enfoque presenta dificultades para excluir por completo la toxicidad fuera del objetivo debido a la complejidad de las redes de regulación celular, y muestra limitaciones para rediseñar las rutas metabólicas desde su base.

Ha existido una necesidad constante de sistemas artificiales que realicen funciones farmacológicas deseadas, superando los límites regulatorios intrínsecos de la célula. A medida que las causas de las enfermedades se expanden más allá de la deficiencia de un solo gen hacia desequilibrios metabólicos multifactoriales, se requiere una precisión difícil de alcanzar con las tecnologías de ingeniería genética convencionales. Esto explica por qué los sistemas acelulares y el diseño de genomas artificiales están pasando de ser investigaciones periféricas en biología molecular a convertirse en avances cruciales para la clínica del futuro.

Hallazgos clave

Recientemente, investigadores en biología sintética han avanzado tecnológicamente desde la construcción de sistemas que imitan células hasta la producción de genomas sintéticos completos mediante secuencias de bases sintetizadas químicamente. Han logrado combinar componentes de ácido desoxirribonucleico (ADN) en forma de bloques biológicos estandarizados e insertar circuitos de transcripción artificiales en las células para controlar la liberación localizada de fármacos solo cuando se detectan señales de enfermedad.

El equipo de investigación puso en marcha una plataforma de síntesis acelular que encapsula la maquinaria de transcripción y traducción dentro de una membrana celular artificial. Se confirmó que los circuitos de conmutación funcionan de manera estable, expresando proteínas fluorescentes o péptidos citotóxicos en tiempo real al detectar marcadores de patógenos específicos o células cancerosas. Asimismo, las cepas microbianas cuyo genoma completo fue reemplazado por síntesis química mantuvieron una división estable. Los huéspedes basados en genomas mínimos (minimal genome), que eliminan genes no esenciales, pueden aumentar drásticamente el rendimiento de la producción de proteínas extrañas al reducir la pérdida metabólica innecesaria. Esto demuestra la capacidad de implementación de ingeniería para disponer y operar biomoléculas según planos de diseño computacional.

Significado y perspectivas

El avance de la biología sintética traslada la biología de una ciencia de descubrimiento a una ingeniería de fabricación y predicción. Se vislumbra el desarrollo de células terapéuticas inteligentes que secretan sustancias antiinflamatorias de forma autónoma en respuesta a indicadores inflamatorios específicos en el cuerpo del paciente y que se autodestruyen al cumplir su ciclo vital. También se abre la vía para la producción a gran escala de materias primas de medicamentos raros, que requieren procesos de síntesis química complejos, mediante fábricas microbianas con genomas artificiales.

Sin embargo, existen barreras claras. Aún faltan datos sobre la inmunogenicidad potencial y la seguridad a largo plazo en el organismo cuando las células artificiales y los organismos sintéticos se exponen al sistema inmunitario. Se considera que el establecimiento de mecanismos de muerte celular programada para bloquear desde la raíz las liberaciones no intencionadas al ecosistema fuera del laboratorio, junto con la creación de dispositivos regulatorios bioéticos asociados al rediseño de los seres vivos, constituyen los desafíos clave que determinarán la velocidad de entrada en las fases clínicas.