Combinable como piezas de Lego – Investigadores desarrollan un kit de construcción genética para algas verdes

Un equipo internacional de investigadores, dirigido por el profesor asistente Dr. Felix Willmund (izquierda) y el profesor Dr. Michael Schroda, ha desarrollado un kit de construcción genética para la alga verde. (Foto: Koziel/TUK)

La gráfica muestra cómo funciona el constructor. Los bloques de genes individuales se pueden combinar como Legos. (Foto: Schroda)

En el material genético de las células sucede algo similar a lo que ocurre en las fábricas: los genes controlan y regulan la producción de proteínas. En la industria, a menudo es útil un principio de construcción modular, en el que las líneas de producción pueden intercambiarse cuando se desea fabricar otro producto. Los investigadores también trabajan en combinar los bloques de genes como si fueran piezas de Lego de diferentes maneras. Un equipo internacional de investigadores, incluyendo biólogos de Kaiserslautern, ha creado un kit con 119 unidades funcionales genéticas para una alga verde. De esta forma, se pueden construir mini fábricas a partir de las algas que producen, por ejemplo, pigmentos o principios activos medicinales. El estudio ha sido publicado en la revista especializada "ACS Synthetic Biology".

Las piezas de Lego existen en muchas diferentes tamaños, colores y formas. Se pueden ensamblar en cualquier orden. De manera similar a estas pequeñas piezas, los investigadores también quieren combinar partes de genes.

Un gen está compuesto por diferentes unidades funcionales. Por ejemplo, al principio de una secuencia génica se encuentra el llamado promotor. "Este controla la actividad del gen y asegura que solo se produzca una cierta cantidad de proteína o que el gen solo se lea durante un tiempo determinado", explica el profesor Dr. Michael Schroda, quien ocupa la cátedra de "Biotecnología Molecular y Biología de Sistemas" en la Universidad Técnica de Kaiserslautern (TUK).

El equipo de Schroda trabaja en descomponer los genes en estas unidades individuales. Además del promotor, existe una región de lectura con la información genética, que puede dividirse en muchos bloques funcionales: por ejemplo, aquellos que dirigen una proteína a ciertas áreas dentro de la célula, que la hacen brillar o con los que se puede extraer fácilmente de extractos celulares. También hay una región de parada, donde termina la lectura de la información genética. "Nuestro objetivo es poder combinar libremente estas unidades de diferentes genes", continúa diciendo el profesor.

En su estudio actual, el equipo internacional de investigadores, incluyendo los grupos de trabajo de Schroda y su colega de Kaiserslautern, el profesor asistente Dr. Felix Willmund, ha logrado crear un kit con 119 unidades funcionales genéticas para la alga verde Chlamydomonas reinhardtii. Al igual que las piezas de Lego, estos bloques genéticos se pueden ensamblar fácilmente. "Esto es posible porque estos bloques están estandarizados. Siempre tienen secuencias definidas en sus extremos, lo que permite ensamblarlos en un orden específico", explica el biólogo de Kaiserslautern.

Lo especial del estudio: la alga es un organismo superior, un eucariota, como se denomina en terminología especializada. Hasta ahora, estos kits se habían desarrollado principalmente para organismos inferiores, como las bacterias. "La alga verde es mucho más compleja y, por ejemplo, tiene más genes", dice el profesor asistente Willmund, quien investiga en genética de eucariotas. "Pero, al igual que las bacterias, se reproduce muy rápidamente, lo que también la hace interesante para la producción industrial".

Las algas verdes podrían utilizarse, por ejemplo, como microfábricas. "Con la ayuda del kit genético, se pueden producir diferentes proteínas en un período relativamente corto, desde pigmentos hasta principios activos utilizados en medicina", explica Willmund. Pero también la técnica resulta interesante para la investigación básica. "Con ella podemos modificar y estudiar con mayor precisión las vías metabólicas", ejemplifica Schroda.

Schroda investiga en el campo de la Biología Sintética. En esta disciplina relativamente joven, se trata, entre otras cosas, de crear nuevos sistemas biológicos y transferir conocimientos de las ciencias de la ingeniería a procesos moleculares.

También se establecen estándares y normas, como en el caso de los extremos de los bloques genéticos. Esto hace que sean fáciles de manejar y de combinar en cualquier orden.

Los trabajos se realizaron en el marco del área de investigación especial (SFB Transregio TRR175) "El Centro Verde – El Cloroplasto como centro de aclimatación en las plantas". Desde 2016, este proyecto cuenta con financiación de la Fundación Alemana de Investigación. Equipos de investigación de Berlín, Potsdam-Golm, Múnich y Kaiserslautern investigan cómo las plantas logran adaptarse a las condiciones ambientales cambiantes.

Además de los investigadores de Kaiserslautern, participaron en el estudio colegas de Francia, Inglaterra, Dinamarca, España y Bielefeld. El trabajo ha sido publicado en la prestigiosa revista "ACS Synthetic Biology": "Nacimiento de un chasis fotosintético: kit MoClo que permite la biología sintética en la microalga Chlamydomonas reinhardtii".

DOI: 10.1021/acssynbio.8b00251