Darwin supersónico

Aug. 05 , 2009

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Consideremos los siguientes pasos:

1. Inicialmente, los seres vivos se reproducen a una tasa de natalidad que supera la de mortalidad. En otras palabras, las poblaciones tienden a crecer.
2. Tal crecimiento no puede sostenerse indefinidamente debido a restricciones: los nutrientes, espacio y —en algunas especies— oportunidades de apareamiento son limitados y las condiciones ambientales pueden ser adversas. Es decir, nacen más individuos que los que pueden sobrevivir hasta el momento de reproducirse.
3. Este hecho hará que los indivuduos compitan.
4. Paralelamente, dentro de una población los individuos poseen diferentes rasgos. Hay cierto grado de variación.
5. Estos mismos rasgos son a su vez heredados a la siguiente generación, con cierto grado de modificación, lo que explica el punto anterior.
6. Como consecuencia de los pasos anteriores, aquellos rasgos que otorgan una ventaja relativa respecto a los competidores en el contexto del paso 2 tienden a ser pasados más frecuentemente a la generación siguiente.
7. De vuelta al paso 1.

Este proceso ininterrumpido es lo que se conoce como Evolución por Selección Natural. Puede, si quiere, buscar por su cuenta en Internet las bases de la teoría enunciada por Darwin en su 'Origen de las Especies'. A lo mejor verá un par de pasos condensados en uno, pero la idea es la misma. Una idea tan simple como genial, y que resultó ser la solución al acertijo que constituían la complejidad y diversidad de las formas de vida actuales y pasadas.

Fue publicada hace sólo unos 150 años, habiendo estado todo el tiempo frente a nuestras narices. En efecto, durante milenios los humanos hemos estado domesticando, es decir, escogiendo plantas y animales con características deseables y reproduciéndolos una y otra vez, aplicando selección artificial generación tras generación. Es así como obtuvimos, por ejemplo, el plátano que compramos en el supermercado a partir de un ancestro similar a éste, con semillas grandes y duras, o el chihuahua a partir de un ancestro muy parecido a un lobo. Lo que Darwin notó, he ahí su genialidad, es que en el planeta había ocurrido un proceso de selección natural —a diferencia de la artificial, sin direcciones preestablecidas ni 'diseñadores'— durante millones y millones de años, generando cambios muchos más dramáticos producto del mucho mayor tiempo transcurrido.

Ahora bien, a partir del descubrimiento de la molécula de ADN como material génetico (algo que Darwin ignoraba y que es lo que permite el paso 5 enunciado al principio) se ha intentado 'domesticar' microorganismos no sólo a nivel de selección sino de introducir deliberadamente mutaciones en su ADN con el fin de producir o metabolizar ('digerir') en forma más eficiente ciertos compuestos de interés. Conspicuo es el caso de la firma DuPont, que invirtió cientos de millones de dólares y más de un lustro de investigación para identificar una veintena de modificaciones genéticas que finalmente permitieron a una bacteria* Escherichia coli producir el compuesto de interés industrial 1,3-propanediol.

¿Por qué tanto tiempo y dinero? Porque cada paso consistía en introducir a una misma población de bacterias el mismo ADN preparado en el laboratorio con la modificación a testear. Se trataba de un proceso en serie, vale decir, realizar una modificación después de otra. Por otro lado, las posiciones en el ADN —loci, en terminología— para efectuar modificaciones pueden ser cientos sólo en una pequeña región. De seguro ahora se imaginará lo arduo de la estrategia.

Así estaban las cosas hasta hace unos pocos días, cuando un grupo liderado por Harris Wang dio a conocer en un artículo de la revista Nature la nueva tecnología MAGE** (sigla en inglés para Ingeniería Genómica Automatizada en Múltiplex). En términos simples, estos investigadores inventaron un método para introducir cientos o miles de mutaciones en una población de bacterias al mismo tiempo, es decir, en paralelo en vez de en serie. A modo de demostración, tomaron una Escherichia coli modificada para producir licopeno (la molécula que le da el color rojo al tomate y la sandía, entre otros vegetales) e identificaron 24 loci involucrados en tal proceso. Con la novedosa tecnología, lograron introducir mutaciones en dichos loci para más del 30% de las bacterias cada dos horas y media, generando alrededor de cuatro mil trescientos millones de combinaciones al día. En cada paso la selección fue simple pues se escogió la combinación que daba un color rojo más intenso a las bacterias (debido a la mayor cantidad de licopeno presente). Como resultado, obtuvieron una nueva Escherichia coli que produce cinco veces más licopeno que la inicial en un plazo de sólo tres días. Y eso hasta hace muy poco era simplemente una tomadura de pelo. El ADN tiene una estructura de dos hebras complementarias. Cuando el ADN se replica, las hebras son separadas primero y mientras una —hebra conductora o adelantada— sirve de 'molde' para un copiado en forma continua, la otra —hebra retardada o retrasada— lo hace en forma discontinua, incorporando fragmentos pequeños (ver figura). Es en esa hebra retardada donde los autores lograron introducir fragmentos similares al ADN original, pero con pequeños cambios que se incorporan —con gran eficiencia, como le conté antes— a la molécula de ADN durante la replicación.

Las ventajas de la nueva tecnología no son sólo de rapidez. La mayoría de las veces no se sabe cuándo una mutación dará el resultado deseado. Se hace simplemente 'prueba y error', al igual que el entorno en la selección natural. Y también una mayoría de veces, es una combinación específica de mutaciones la que dará un mejor resultado. Eso era casi imposible de conseguir antes mediante 'prueba y error' en serie, pero gracias a que MAGE funciona en paralelo, ya es una realidad. El método es además escalable, es decir, adaptable a un tamaño industrial y se está trabajando para implementarlo también en levaduras, células vegetales y células animales.

Pienso que estamos ante el avance tecnológico del año. ¿Qué opina usted?

* Cuando uno lee, en singular, 'una bacteria' o 'la bacteria', casi siempre es referencia a una población (millones de bacterias) de la misma especie.

** Desafortunadamente, si quiere leer el artículo en Nature con los detalles de tecnología MAGE deberá pagar por él. De todos modos, muy probablemente los autores pronto escribirán un artículo en Wikipedia al respecto, así que incluiré el enlace en esta columna apenas esté disponible.

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