Biología Sintética Angie Rivera.docx

BIOLOGÍA SINTÉTICA: LA PRIMERA CÉLULA VIVA ARTIFICIAL

El pasado 20 de mayo se dio a conocer una noticia que ha causado demostraciones tanto de júbilo como de completa consternación: la creación de una célula bacteriana controlada por un genoma sintético. ¿Cuáles son los antecedentes de esta investigación y sus posibles consecuencias? Puedo afirmar —y no dudo en meter mi mano en el fuego por ello— que estamos viviendo los inicios de lo que se conocerá como la era de la biología molecular, la cual tendrá un impacto quizá mayor o por lo menos equivalente al descubrimiento y desarrollo de la energía atómica que tuvo lugar en la primera mitad del siglo XX. Durante las últimas décadas hemos acumulado una enorme e invaluable cantidad de datos sobre la naturaleza de la información genética. Nuestro conocimiento es especialmente sólido en las bacterias, que son los organismos celulares más simples y más abundantes en la Tierra. Tenemos una idea bastante clara acerca de cómo funcionan los genes bacterianos, en qué forma interactúan unos con otros, con cuáles patrones —dependiendo de las condiciones ambientales— se encienden y se apagan, y cómo adquieren nueva información genética estos microorganismos. A este entramado de conocimientos tenemos que sumarle el inmenso arsenal de nociones que hemos obtenido mediante el análisis de los más de 1 000 genomas bacterianos que se han secuenciado hasta la fecha. Este arsenal es especialmente relevante, ya que nos permite analizar, a semejanza de lo que hace un ingeniero cuando revisa los planos de un edificio complejo, el plano de vida de un organismo. Un grupo creciente de investigadores afirma que ya poseemos un cuerpo de conocimientos de tal magnitud que podemos realizar nuestros propios diseños basados o inspirados en lo que ocurre en la naturaleza, y en consecuencia aseguran que estamos ante las puertas de lo que hoy en día, de manera tal vez un tanto presuntuosa, pero desde luego no infundadamente visionaria, empieza a ser denominado biología sintética.

Diseño genético El término biología sintética no es nuevo en el lenguaje científico: surgió en los años 80 para referirse a la tecnología requerida para la producción de las primeras bacterias modificadas genéticamente que poseían uno o pocos genes ajenos a su patrimonio genético original; sin embargo, hoy por hoy el término tiene una connotación mucho más amplia, ya que se refiere a la ciencia y a las técnicas utilizadas para diseñar y construir bloques de genes que confieran a los organismos características y funciones nuevas, que no existen en la naturaleza. Y con ello me refiero no sólo a la modificación de microbios para que tengan, digamos, la capacidad de degradar compuestos sintéticos o producir biocombustibles, sino también, en última instancia, a la creación de nuevos organismos vivos, diseñados en el escritorio, y luego generados a partir de ingredientes químicos obtenidos en el laboratorio. Dicho lo anterior, parece muy probable que surjan juicios encontrados: así, algunos opinarán que estamos frente al nuevo Frankenstein; para otros será el fin del vitalismo, posición filosófica que sostiene que la vida no se crea, se transmite, y, por lo tanto, asegura que el principio vital de algún modo es independiente de la estructura de la célula. En general, los biólogos están de acuerdo en que todos los seres vivos deben cumplir con tres requisitos para que pueda considerarse que realmente están vivos: primero, ser capaces de automantenerse, es decir, tener un metabolismo; segundo, poder reproducirse; y tercero, poseer la capacidad de evolucionar. Esto es muy fácil de decir, pero establecer exactamente qué compuestos, qué genes y qué proteínas se requieren para cumplir esos tres requisitos, es algo muy diferente. Uno de los puntos de vista más controversiales que sostienen los científicos involucrados en la biología sintética es que aseguran tener un acercamiento experimental para resolver el dilema más importante de la biología: entender los principios fundamentales del fenómeno al que llamamos vida. Su propuesta es que si queremos saber qué es la vida, la tenemos que sintetizar en el laboratorio, bajo condiciones experimentales estrictas. El primer paso firme ya se ha dado.

Organismos artificiales El día 20 de mayo de este año recibimos una noticia extraordinaria, que seguramente cambiará el curso de la biología como ciencia y tendrá, en un futuro no muy lejano, repercusiones enormes en nuestra vida cotidiana. Ese día, Daniel Gibson, Craig Venter y otros 22 científicos del Instituto J. Craig Venter de Estados Unidos publicaron, en la influyente revista Science, un artículo cuyo titulo lo resume todo: “Creación de una célula bacteriana controlada por un genoma sintetizado químicamente”. Y lo resume todo porque, en otras palabras, la lectura del artículo revela varias primicias trascendentales: que, por primera ocasión, el material genético de un organismo (genoma) se diseña por métodos bioinformáticos (computacionales); que ese material genético se sintetiza químicamente y se trasplanta a una célula huésped, para dar origen a un organismo nuevo cuyas funciones dependen exclusivamente de las instrucciones que se le introdujeron. Los científicos más entusiastas opinan que se trata de la primera vez que se genera vida en el laboratorio; los más conservadores incluso están de acuerdo en que éste es un paso inicial, pero firme, para crear una célula viva completamente artificial.

Los inicios

El artículo aparecido en Science es el resultado de muchísimos años de arduo trabajo, durante el cual se tuvieron que sortear innumerables obstáculos. Muy probablemente, la génesis de este proyecto ocurrió cuando Craig Venter (ver recuadro) se propuso, hace 15 años, determinar la secuencia del material genético de la bacteria patógena Haemophilus influenzae. Con las técnicas actuales, esta meta se pudo haber alcanzado, literalmente, en unos cuantos días; sin embargo, hace década y media obtener la secuencia completa del ADN de una bacteria era un proyecto visionario, complicado y de alto riesgo, puesto que en ese entonces apenas surgían los primeros secuenciadores automáticos de ADN, y se carecía de herramientas computacionales para enfrentar ágilmente el problema. Muchos consideran que en realidad el nacimiento de las ciencias genómicas tuvo lugar mucho antes, el 28 de julio de 1995, fecha en que se publicó el artículo que daba cuenta de este proyecto.

Haber elegido Haemophilus influenzae como objeto de estudio fue una decisión muy inteligente, puesto que se trata una bacteria que puede crecer en condiciones de laboratorio, cuyo genoma se sabía pequeño y, por lo tanto, más fácil de secuenciar. Pocos meses después, el Dr. Venter y su equipo determinaron la secuencia del genoma de otra bacteria, Mycoplasma genitalium, que también crece en el laboratorio, pero en condiciones mucho más estrictas que las que requiere Haemophilus, pese a que tiene un genoma mucho más pequeño que el que posee esta última. La idea subyacente en estos proyectos era determinar cuál es el número mínimo de genes requerido para que una célula pueda ser considerada como viva. En 1996, y luego de sesudos análisis comparativos entre los genomas de Mycoplasma y Haemophilus realizados con herramientas bioinformáticas, los doctores Koonin y Mushegian, de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) de Estados Unidos, estimaron que ese número mínimo es de 256 genes. Diez años después, Craig Venter y sus colaboradores decidieron cotejar experimentalmente esta aproximación. Con ese fin, se empeñaron en destruir uno a uno los genes de Mycoplasma genitalium para determinar cuáles genes son esenciales para la vida y cuáles no. Así establecieron que 100 genes de esta bacteria son completamente prescindibles, y llegaron a la conclusión de que solamente se necesitan 425 genes para generar un organismo con vida independiente, más de los predichos por Koonin y Mushegian, pero aún así un número de genes ridículamente bajo para un fenómeno que se consideraba intrínsecamente complejo. Con estos números en mente, Venter percibió que era concebible sintetizar químicamente un genoma pequeño y “darle vida”, transplantándolo a una célula huésped. Desde ese entonces, esto es, desde 2006, Venter y su equipo se dedicaron a establecer los protocolos científicos para hacer que este sueño se concretara, lo cual ocurrió cuatro años después. Desde un inicio, a este grupo de científicos le quedó perfectamente claro que había que resolver dos problemas clave que, además, podían solucionarse independientemente uno del otro. El primero era establecer cómo se podría trasplantar un genoma a una célula huésped y lograr que éste sustituyera al original y así “tomara” el control de las funciones celulares. El segundo se centraba en cómo sintetizar químicamente un genoma.

¿Quién es John Craig Venter?

Lo menos que se puede decir del científico estadounidense Craig Venter, nacido en 1946, es que es un personaje controvertido; algunos lo califican de pedante e incluso de mercachifle, otros aseguran que es el científico más influyente del siglo y que su visión está cambiando la forma en la que se hace ciencia. Su perspectiva de la relación entre la ciencia y la industria también es radical y por ello se ha ganado más de un enemigo. Venter, bioquímico de formación, recibió un doctorado en fisiología y farmacología de la Universidad de California, en 1975. Trabajó, inicialmente, en la Universidad Estatal de Nueva York y luego en los Institutos de Salud de los Estados Unidos, donde planteó la importancia de identificar los genes que desempeñan un papel fundamental en la fisiología del cerebro. Con este fin, Venter determinó la secuencia parcial de un número enorme de los mensajes genéticos (ARN mensajeros) que se sintetizan en ese órgano. Venter, en una acción muy publicitada, intentó patentar estos genes, pero afortunadamente los tribunales no se lo permitieron. Pocos años después cofundó la compañía Celera Genomics, y ahí se convirtió en el primer científico que obtuvo la secuencia genómica completa de un organismo vivo: Haemophilus influenzae. Lo consiguió a través de una estrategia novedosa llamada shotgun sequencing, que combinaba el poderío de los secuenciadores automáticos con los de la bioinformática. Con esta experiencia en mano, Venter retó al consorcio internacional que estaba a cargo de secuenciar el genoma humano afirmando que él cumpliría esta meta en mucho menos tiempo y a menor costo. Y así fue: él secuenció el genoma humano, el suyo propio, en tiempo récord. Esta compañía también secuenció los genomas de la mosca de la fruta, del ratón, de la rata y del perro (el poodle de Venter). A Venter lo obligaron a abandonar Celera Genomics cuando se concluyó que no se podía fácilmente sacar provecho económico de este tipo de información. En otra contribución, Venter se propuso explorar la diversidad microbiana de los océanos a través de la secuencia masiva de los genomas de los microorganismos que ahí habitan. Esta estrategia novedosa para describir los componentes bacterianos de un ecosistema se conoce ahora como metagenómica (ver ¿Cómo ves?, No. 73) y ahora se utiliza ampliamente para explorar, por ejemplo, las bacterias que habitan nuestra piel y nuestro intestino, en distintas condiciones de salud y de dieta. Desde mi punto de vista, el diseño y la construcción de la primera célula sintética, que esbozo en este artículo, será un parteaguas en la historia de la ciencia. Además del Instituto que lleva su nombre y que cobijó el proyecto de la primera célula artificial, Venter ha fundado otras compañías como Synthetic Genomics, cuya meta es generar microorganismos

modificados genéticamente para la producción de energías alternativas como el etanol y el hidrógeno. Venter está más activo que nunca y estoy seguro que nos sorprenderá nuevamente con sus propuestas y sus descubrimientos. Los primeros éxitos Contra todos los pronósticos, estas metas se resolvieron rápidamente: en 2007, Venter y colaboradores publicaron en Science un artículo intitulado “Trasplantes de genomas en bacterias: cambiando una especie en otra”, en el cual daban cuenta de cómo resolvieron el primer problema. Meses después, en la misma revista salió publicado otro artículo de dichos autores, cuyo título era “Síntesis química completa, ensamblaje y clonación del genoma de Mycoplasma genitalium”, con el que anunciaban que habían resuelto el segundo problema. Es decir, en 2008 ya tenían establecida una metodología para crear, por vez primera en la historia, un célula sintética viva. Durante los dos años siguientes, los investigadores del Instituto J. Craig Venter pulieron sus estrategias experimentales y replantearon sus metas: la primera de ellas fue establecer que el genoma ideal para trabajar no era el de Mycoplasma genitalium, sino el de su primo hermano Mycoplasma mycoides, un organismo de genoma más grande, pero mucho más fácil de manejar en el laboratorio; la segunda meta fue utilizar como célula huésped a otro primo hermano: Mycoplasma capricolum, parecido en muchos sentidos al anterior, pero con características distintivas tanto genéticas como fisiológicas que permiten diferenciar perfectamente las dos especies de Mycoplasma. Célula artificial Para asegurar el éxito de estos experimentos, Venter y sus compañeros decidieron que en un inicio era más prudente imitar a la naturaleza, así es que se impusieron la tarea de diseñar un genoma muy parecido al de Mycoplasma mycoides, pero incluyendo en él ciertas diferencias genéticas —a las cuales llamaron, como si fueran papel moneda, marcas de agua— con el único propósito de hacer que el genoma artificial fuera fácilmente distinguible del nativo, y descartar cualquier tipo de contaminación. El equipo de los doctores Gibson y Venter construyó el genoma artificial empleando un método similar al que se utiliza para diseñar y fabricar un rompecabezas, y luego para armarlo. Ante todo, para crear un rompecabezas es indispensable tener bien clara la imagen que se quiere plasmar; una vez delineada esa imagen, es preciso elaborar las piezas del rompecabezas pensando en que

sean del mismo tamaño, y desde luego, en que no se repitan. Cuando ya se procede a armar el rompecabezas, el procedimiento usual consiste en unir las piezas por grupitos, y al final, ensamblar todos estos grupitos para reconstruir la imagen diseñada. Del mismo modo, el equipo de Gibson y Venter sintetizó químicamente 1 078 fragmentos de ADN, cada uno de ellos con una longitud de poco más de 1 000 pares de bases (pb), que abarcaban la totalidad del genoma diseñado. Luego ensamblaron los fragmentos de 10 en 10, para acabar con una colección de 109 fragmentos más grandes a los que llamaremos casetes de cerca de 10 000 pb cada uno. Es muy importante subrayar que este primer ensamblaje se hizo, aunque parezca una locura, dentro de la levadura de la cerveza (Saccharomyces cerevisiae). Esto se debe a que se han desarrollado manipulaciones genéticas que permiten “pegar” pedacitos de ADN en un orden preestablecido, de una manera ágil y barata, dentro de este microorganismo. Este procedimiento puede hacerse perfectamente en el tubo de ensayo, según estos mismos autores han demostrado, pero en esa forma resulta más lento y más costoso. La tercera etapa del proyecto consistió en purificar los 109 casetes y “pegarlos”, nuevamente en grupitos de 10, en un orden establecido, para así lograr 11 segmentos ensamblados de alrededor de 100 000 pb cada uno, utilizando asimismo la levadura como vehículo para hacer esta manipulación genética. En la siguiente etapa se procedió de manera similar: se purificaron los 11 segmentos de 100 000 pb y se pegaron, con la misma estrategia, en el orden requerido y de esta manera llegar finalmente a una sola molécula de aproximadamente 1.1 millones de pb, que corresponde precisamente al genoma completo artificial previamente diseñado. Posteriormente, el genoma artificial se extrajo de la levadura. Gibson y Venter tenían bien claro que si querían trasplantar exitosamente su genoma artificial ante todo debían evadir el sistema de defensa de la célula huésped, pues las bacterias poseen enzimas, conocidas como enzimas de restricción, que destruyen cualquier ADN que provenga de fuera. Este mecanismo, obviamente no surgió para hacerles la vida difícil a los investigadores, sino para destruir el material genético de los virus que las infectan. Las bacterias han desarrollado, al mismo tiempo, enzimas que modifican su propio ADN (metilasas), a fin de evitar que las enzimas de defensa confundan lo propio con lo ajeno y lo destruyan. Por ello, estos investigadores purificaron las enzimas de protección de ADN de Mycoplasma capricolum, y las usaron para proteger su genoma artificial.

Para poder lograr el trasplante, se incubó el ADN protegido del genoma sintético con las células de Mycoplasma capricolum, en presencia de un sustancia (polietilenglicol) que promueve la entrada del ADN a las células. Por un mecanismo que todavía no se entiende a cabalidad, las células que reciben el genoma sintético eliminan el propio. Otro reto importante al que tuvieron que enfrentarse estos investigadores fue el de buscar una manera eficiente de reconocer a las pocas células en las cuales ocurrió el trasplante, distinguiéndolas de aquellas células huésped que permanecieron sin cambio. Con este fin, mañosamente introdujeron en el genoma sintético, además de las marcas de agua, que ya mencioné, dos propiedades que están ausentes en el genoma de las células huésped: un gen que confiere resistencia al antibiótico Tetraciclina y otro gen que provoca que las células se vuelvan azules en presencia de un reactivo químico especial. Comprobaron así que las células en las que ocurrió el trasplante se volvieron azules en presencia de este reactivo y crecieron en medio de cultivo con Tetraciclina. Para que nadie tuviera dudas acerca de su trabajo, los científicos purificaron el genoma de las células trasplantadas, lo secuenciaron y certificaron que todas las marcas de agua que introdujeron en el diseño original estaban realmente ahí presentes. Las células con el genoma sintético fabricaron poco a poco nuevos componentes celulares, siguiendo las instrucciones presentes en el nuevo genoma, hasta sustituir por completo todos los componentes de la célula original, como posteriormente demostró el equipo de Gibson y Venter. Hasta ese momento, se obtuvo, por fin, una célula cuya estructura y fisiología depende exclusivamente del genoma artificial. Para poder lograr el trasplante, se incubó el ADN protegido del genoma sintético con las células de Mycoplasma capricolum, en presencia de un sustancia (polietilenglicol) que promueve la entrada del ADN a las células. Por un mecanismo que todavía no se entiende a cabalidad, las células que reciben el genoma sintético eliminan el propio. Otro reto importante al que tuvieron que enfrentarse estos investigadores fue el de buscar una manera eficiente de reconocer a las pocas células en las cuales ocurrió el trasplante, distinguiéndolas de aquellas células huésped que permanecieron sin cambio. Con este fin, mañosamente introdujeron en el genoma sintético, además de las marcas de agua, que ya mencioné, dos propiedades que están ausentes en el genoma de las células huésped: un gen que confiere resistencia al antibiótico Tetraciclina y otro gen que provoca que las células se

vuelvan azules en presencia de un reactivo químico especial. Comprobaron así que las células en las que ocurrió el trasplante se volvieron azules en presencia de este reactivo y crecieron en medio de cultivo con Tetraciclina. Para que nadie tuviera dudas acerca de su trabajo, los científicos purificaron el genoma de las células trasplantadas, lo secuenciaron y certificaron que todas las marcas de agua que introdujeron en el diseño original estaban realmente ahí presentes. Las células con el genoma sintético fabricaron poco a poco nuevos componentes celulares, siguiendo las instrucciones presentes en el nuevo genoma, hasta sustituir por completo todos los componentes de la célula original, como posteriormente demostró el equipo de Gibson y Venter. Hasta ese momento, se obtuvo, por fin, una célula cuya estructura y fisiología depende exclusivamente del genoma artificial El anuncio de la construcción de la primera célula artificial ha causado demostraciones tanto de júbilo como de completa consternación. Muchos investigadores están convencidos que ésta es una nueva avenida para construir, de manera fácil y económicamente rentable, bacterias que fabriquen, por ejemplo, medicamentos novedosos o biocombustibles; también existen otros para los que estas innovadoras tecnologías hacen factible producir organismos que sirvan de biosensores para vigilar el medio ambiente o mejor aún, para estudiar las bases de la vida misma. Pero también hay muchos científicos que temen que esta tecnología recién nacida constituya el camino para crear inauditas y más potentes armas biológicas. Otros temen que no podamos evaluar todavía las consecuencias ecológicas del “escape” al medio ambiente de alguno de los futuros organismos artificiales. Ante la noticia, el Vaticano expresó que la nueva tecnología puede ser un desarrollo positivo si se usa correctamente, no sin dejar clara su firme creencia en que sólo Dios es capaz de crear la vida. Bajo este abanico de opiniones y de confusas perspectivas, Estados Unidos y los países que conforman la Unión Europea —y espero que México no se quede atrás— están organizando foros de bioética que sopesen la situación, analicen las consecuencias de esta nueva ciencia y establezcan códigos de ética, evidentemente muy necesarios. Para concluir, me gustaría recalcar que las tecnologías no son buenas ni malas, todo depende de cómo se usen. Por ejemplo, la pólvora puede usarse en los festivos fuegos artificiales o en una bomba. La morfina puede usarse como un analgésico maravilloso o como una droga terriblemente adictiva. La energía atómica se puede usar para borrar de un solo golpe a una ciudad entera, o proveerla de toda la energía eléctrica que necesita. Así es que informar y

reflexionar cuidadosamente sobre las nuevas tecnologías es esencial para promover su uso adecuado.

Synthetic biology: the first living cell ARTIFICIAL The past 20 may be issued a news story that has caused demonstrations both retired as full of dismay: the creation of a bacterial cell controlled by a synthetic genome. What is the background of this research and its possible consequences? I can say - and I do not hesitate to put my hand on the fire by this - that we are living in the beginnings of what is known as the era of molecular biology, which will have an impact perhaps greater than or at least equal to the discovery and development of atomic energy which took place in the first half of the 20th century. During the past few decades we have accumulated enormous and invaluable amount of data on the nature of the genetic information. Our knowledge is particularly powerful in the bacteria, which are the most single-celled organisms and more abundant in the Earth. We have a pretty good idea about how the bacterial genes, how they interact with each other, with which patterns - depending on the environmental conditions- are switched on and off, and how to acquire new genetic information these microorganisms. To this network of knowledge we must add the vast arsenal of notions that we have obtained through the analysis of the more than 1 000 bacterial genomes that have been sequenced to date. This arsenal is especially relevant, since it allows us to analyze, in the likeness of what an engineer does when you review the drawings of a building complex, the life of an organism. A growing group of researchers says that we already possess a body of knowledge of such magnitude that we can make our own designs based on or inspired by what happens in nature, and consequently ensure that we are on the brink of what is today, perhaps somewhat presumptuous, but certainly not unreasonably visionary, begins to be called synthetic biology.

Genetic Design The term synthetic biology is not new to the scientific language: emerged in the 80 to refer to the technology required for the production of the first genetically modified bacteria that possess one or a few genes outside their original genetic heritage; however, today the term has a much broader connotation, since it refers to the science and techniques used to design and build blocks of genes that confer on the new features and functions, which do not exist in nature. And by that I mean not only to the modification of microbes to, say, the ability to degrade synthetic compounds or produce biofuels but also, ultimately, to the creation of new organisms, designed on the desktop, and then generated from chemical ingredients obtained in the laboratory. That said, it seems very likely that arise trials found: as well, some will say that we are in front of the new Frankenstein; for others it will be the end of the vitalism, philosophical position that holds that life is created, transmitted, and, therefore, ensures that the vital principle in any way is independent of the structure of the cell. In general, the biologists agree that all living beings must meet three requirements in order to be considered really are alive: first, to be able to automantenerse, that is to say, have a metabolism; second, in order to reproduce; and third, to possess the ability to evolve. This is very easy to say, but to establish exactly what compounds, which genes and proteins are required to meet these three requirements, it is something very different. One of the most controversial points of view that sustain the scientists involved in synthetic biology is that claim to have a experimental approach for resolving the dilemma more important of biology: understanding the fundamental principles of the phenomenon that we call life. Your proposal is that if we want to know what is life, we have to synthesize in the Laboratory, under experimental conditions. The first firm step has already been taken.

Artificial organisms

the day 20 of May of this year we received a extraordinary news, which surely will change the course of biology as a science and will, in the not too distant future, an enormous impact on our everyday life. That day, Daniel Gibson, Craig Venter and other 22 scientists from the J. Craig Venter Institute of the United States published in the influential Science magazine, an article whose title sums it all up: "Creation of a bacterial cell controlled by a chemically synthesized genome". And sums it all up because, in other words, the reading of the article reveals several firsts transcendental: that, for the first time, the genetic material of an organism (genome) is designed for bioinformatics methods (computational); that genetic material is synthesized chemically and transplanted to a host cell, to give rise to a new body whose functions are solely dependent on the instructions that you introduced. Most enthusiastic scientists believe that this is the first time that generates life in the laboratory; the more conservative even agree that this is an initial step, but firm, to create a living cell completely artificial. The beginning The article appeared in Science is the result of many years of hard work, during which they had to overcome innumerable obstacles. Very likely, the genesis of this project occurred when Craig Venter (see box) is proposed, 15 years ago, to determine the sequence of the genetic material of the pathogenic bacterium Haemophilus influenzae. With the current techniques, this goal could have been reached, literally, in a few days; however, a decade and a half to obtain the complete DNA sequence of a bacterium was a visionary project, complicated and high risk, since at that time hardly arose the first automatic DNA sequencers, and there was a lack of computational tools to tackle the problem quickly. Many believe that in reality the birth of genomic sciences took place much earlier, on 28 July 1995, the date on which the article was published to realize this project. Having chosen Haemophilus influenzae as an object of study was a very smart decision, because it is a bacteria that can grow in laboratory conditions, whose genome was small and therefore easier to sequence. A few months later, Dr. Venter and his team determined the sequence of the genome of other bacteria, Mycoplasma genitalium, which also grows in the laboratory, but in conditions much stricter than those required for Haemophilus, despite the fact that the genome has a much smaller than the latter. The idea behind these projects was to determine which is the minimum number of genes required for a cell can be considered alive.

In 1996, and after brainy comparative analysis between the genomes of Mycoplasma and Haemophilus made with bioinformatics tools, doctors Koonin and Mushegian, of the National Institutes of Health (NIH) of the United States, considered that this minimum number is 256 genes. Ten years later, Craig Venter and his colleagues decided to compare experimentally this approach. To that end, endeavored to destroy, one by one, the genes of Mycoplasma genitalium to determine which genes are essential for life and which are not. So established that 100 genes of this bacterium are completely dispensable, and came to the conclusion that only 425 genes are needed to generate a body with independent living, more of the predicted by Koonin and Mushegian, but even so, a number of genes ridiculously low for a phenomenon that was considered intrinsically complex. With these numbers in mind, Venter perceived that it was conceivable chemically synthesize a smaller genome and "give life", transplantandolo to a host cell. Since that time, that is, from 2006, Venter and his team were devoted to establishing the scientific protocols to make this dream will take, which occurred four years later. From the beginning, this group of scientists was made perfectly clear that he had to solve two key problems that could be solved independently of one another. The first was to establish how it could be transplanting a genome into a host cell and replace the original and "take" the control of cellular functions. The second focused on how to chemically synthesize a genome. Who is John Craig Venter? The least that can be said of the American scientist Craig Venter, born in 1946, is that it is a controversial figure; some as pedantic and even meramente físico, others claim that it is the most influential scientist of the century and that your vision is changing the way we do science. Their perspective of the relationship between science and industry is also radical and therefore has earned more than an enemy. Venter, a biochemist from training, he received a ph.d. in physiology and pharmacology at the University of California, in 1975. Work, initially, at the State University of New York and later in the National Institutes of Health of the United States, where he raised the importance of identifying the genes that play a role in the physiology of the brain. To this end, Venter determined the partial sequence of a huge number of genetic messages (messenger RNA) that are synthesized in the body. Venter, in a highly publicized, attempt to patent these genes, but fortunately the courts are not permitted. A few years later he co-founded the company Celera Genomics, and there he became the first scientist who obtained the complete genome sequence of a living organism: Haemophilus influenzae. He got it through a novel strategy called shotgun sequencing, which combined the power of the automatic sequencers with the Bioinformatics. With this

experience in hand, Venter's challenge to the international consortium that was in charge of the sequencing of the human genome By affirming that he would fulfill this goal in much less time and at lower cost. And so it was: the sequenced the human genome, own, in record time. This company also sequenced the genome of the fruit fly, mouse, rat and dog (the poodle Venter). To Venter forced him to leave Celera Genomics when it was concluded that could not be easily take advantage of this type of information. Another contribution, Venter set out to explore the microbial diversity of the oceans through the sequencing of the genomes of the organisms that live there. This novel strategy to describe the bacterial components of an ecosystem is now known as metagenomics (See How do I see?, No. 73) and are now widely used to explore, for example, bacteria that inhabit our skin and our intestines, under various conditions of health and diet. From my point of view, the design and construction of the first synthetic cell, which outlined in this article, will be a watershed in the history of science. In addition to the Institute that bears his name and that shelter the draft of the first artificial cell, Venter has founded other companies such as Synthetic Genomics, whose goal is to generate genetically modified micro-organisms for the production of alternative energy sources such as ethanol and hydrogen. Venter is more active than ever, and I am sure that will surprise us again with their proposals and their discoveries. The first successes against all odds, these goals were quickly resolved: in 2007, Venter and collaborators in Science published an article entitled "Transplants of genomes in bacteria: changing one species into another," in which they realized how they solved the first problem. Months later, in the same journal was published another article of these authors, whose title was "complete chemical synthesis, assembly and cloning of the genome of Mycoplasma genitalium", with the announcing that they had solved the second problem. That is to say, in 2008 already had established a methodology to create, for the first time in history, a synthetic cell alive. During the following two years, researchers from the J. Craig Venter Institute polished their experimental strategies and rethought its goals: the first of these was to establish that the genome ideal for work was not the of Mycoplasma genitalium, but that of his cousin brother Mycoplasma mycoides, a

larger body of genome, but much easier to handle in the laboratory; the second goal was used as a host cell to another cousin: Mycoplasma capricolum, similar in many respects to the previous one, but with distinctive features both genetic and physiological that distinguish perfect Artificial cell to ensure the success of these experiments, Venter and his colleagues decided that it was more prudent to imitate nature, as well is that it imposed the task of designing a genome is very similar to that of Mycoplasma mycoides, but including in certain genetic differences -which called, as if they were paper money, water marks- with the only purpose to make the artificial genome would be easily distinguishable from native, and discard any type of contamination. The team of doctors Gibson and Venter built the artificial genome using a method similar to that used to design and manufacture a puzzle, and then to put it back together. First of all, to create a puzzle is essential to clear the image you want to capture; once delineated that image, there is a need to develop the pieces of the puzzle thinking in that are the same size, and since then, that they will not recur. When it comes to assemble the puzzle, the usual procedure is to unite the parts for small groups, and at the end, assemble all these small groups to reconstruct the image designed. In the same way, the team of Gibson and Venter 1078 chemically synthesized DNA fragments, each one of them with a length of just over 1 000 base pairs (bp), which covered the whole of the genome designed. Then joined the fragments of 10 in 10, to end with a collection of 109 largest fragments to which we will call cassettes of close to 10 000 bp each. It is very important to stress that this first assembly was done, although it appears to be a madness, within the yeast (Saccharomyces cerevisiae). This is due to the fact that genetic manipulation have been developed that allow "paste" bits of DNA in a preset order, quickly and cheaply, within this microorganism. This procedure can be done perfectly in the test tube, according to the same authors have shown, but in this way is slower and more expensive. The third phase of the project was to purify the 109 tapes and "paste", again into groups of 10, in an established order, so as to achieve 11 segments assemblies of around 100 000 pb each, using also the yeast as a vehicle to make this genetic manipulation. In the next stage proceeded in a similar way: the 11 000 100 segments of Pb and stuck with the same strategy, in the required order and in this way arrive finally at a single molecule of approximately 1.1 million of pb, which

corresponds precisely to the previously designed artificial genome. Subsequently, the artificial genome was extracted from yeast. Gibson and Venter had made clear that if they wanted to transplant successfully its genome artificial above all should evade the defense system of the host cell, because the bacteria have enzymes, known as restriction enzymes that destroy any DNA that comes from outside. This mechanism, obviously not emerged to make life difficult for researchers, but to destroy the genetic material of viruses that infect them. Bacteria have developed, at the same time, enzymes that modify their own DNA (Methylases), in order to avoid that enzymes of defense confused with someone else and destroy it. For this reason, these researchers purified enzymes for the protection of DNA of Mycoplasma capricolum, and used them to protect their genome. To be able to achieve the transplant, DNA was incubated the protected of the synthetic genome with the cells of Mycoplasma capricolum, in the presence of a substance (polyethylene glycol) that promotes the entry of DNA into cells. By a mechanism that is not yet well understood, the cells that receive the synthetic genome deleted itself. Another important challenge facing these researchers was to find an efficient way to recognize a few cells in which occurred the transplant, distinguishing them from those host cells that remained unchanged. To this end, cleverly introduced into the synthetic genome, in addition to the brands of water, which I mentioned earlier, two properties that are absent in the genome of the host cells: a gene that confers resistance to the antibiotic tetracycline and another gene that causes the cells to become blue in the presence of a chemical reagent. Checked so that the cells in the transplant turned blue in the presence of this reagent and grew in culture medium with tetracycline. So that no one would have doubts about his work, scientists purified the genome of the transplanted cells, sequenced and certified that all brands of water that were introduced in the original design were really present. The cells with the synthetic genome built little by little new cellular components, following the instructions present in the new genome, to completely replace all components of the original cell, as well as subsequently demonstrated by the team of Gibson and Venter. Until that time, was obtained, by order, a cell whose structure and physiology depends exclusively on the artificial Genome

The announcement of the construction of the first artificial cell has caused demonstrations both retired as full of dismay. Many researchers are convinced that this is a new avenue to build, easily and economically profitable, bacteria that manufacture, for example, novel drugs or biofuels; there are also other for which these innovative technologies make it feasible to produce organisms that serve as biosensors for monitoring the environment or better yet, to study the foundations of life itself. But there are also many scientists who fear that the technology was just born is the way to create unprecedented and more potent biological weapons. Others fear that we may not be able to evaluate the ecological consequences of "escape" to the environment of the future artificial organisms. At the news, the Vatican said the new technology can be a positive development if used correctly, not without clear his firm belief that only God is capable of creating life. Under this range of views and unclear prospects, the United States and the countries of the European Union - and I hope that Mexico is not left behind- are organizing forums of bioethics that weigh the situation, analyze the implications of this new science and establish codes of ethics, obviously very necessary. To conclude, I would like to emphasize that the technologies are not good or bad, it all depends on how they are used. For example, the powder can be used in the festive fireworks or a pump. Morphine can be used as an analgesic drugs as a wonderful or terribly addictive. Atomic energy can be used to clear a single blow to an entire city, or to provide it with all the power you need. This is to inform and reflect carefully on the new technologies is essential to promote its proper use.