Biologia de los microorganismos (563)

Vista previa del material en texto

364 G E N Ó M I C A , G E N É T I C A Y V I R O L O G Í A
11.17 Biología sintética
A lo largo de este capítulo hemos presentado el uso de la inge-
niería genética para modificar genes y organismos. Pero la bio-
logía hoy en día puede ir mucho más lejos. El término biología 
sintética se refiere al uso de la ingeniería genética para crear 
nuevos sistemas biológicos a partir de partes biológicas que 
suelen proceder de diferentes organismos. Estas partes biológi-
cas (promotores, potenciadores, operadores, interruptores de 
RNA, proteínas reguladoras, dominios enzimáticos, receptores 
de señal, etc.) han sido llamadas biopartes o partes biológicas 
intercambiables (biobricks en inglés). La biología sintética une 
estas biopartes en varias combinaciones que forman módulos 
capaces de generar comportamientos complejos.
Un ejemplo de biología sintética es el ensamblado por pri-
mera vez de una bacteria sintética con capcidad de autorepli-
cación realizada en el instituto J. Craig Venter de California 
(EE.  UU.). Este hito se logró sintetizando artificialmente un 
genoma de 1,08 Mbp basado en la secuencia del genoma de la 
bacteria Mycoplasma mycoides y después reemplazando el cro-
mosoma nativo de una célula de M. capricolum por el genoma 
recién sintetizado. Cuando se hizo esto, las células de M. capri-
colum mostraron todas las propiedades de la célula original de 
M. mycoides.
Un ejemplo fascinante de biología sintética a menor escala es
el uso de células de Escherichia coli modificadas genéticamente 
para producir fotograf ías. Las bacterias modificadas genética-
mente se cultivan en césped en placas de agar. Cuando se pro-
yecta una imagen sobre este césped, las bacterias de las zonas 
oscuras producen un pigmento oscuro, mientras que las bacte-
rias de las zonas más claras no lo producen. El resultado es una 
fotograf ía muy básica de la imagen proyectada (Figura 11.35). 
Para construir la E. coli fotográfica fue necesario recurrir a 
la biología sintética de tres módulos genéticos: 1) un módulo 
detector de luz y señalizador; 2) una ruta para convertir el grupo 
hemo (ya presente en E. coli) en ficocianobilina, que es el pig-
mento fotorreceptor, y 3) una enzima codificada por un gen 
algunos caracoles marinos. Más recientemente, el índigo se 
extraía de plantas, pero hoy en día se sintetiza químicamente. 
No obstante, su demanda por parte de la industria textil ha esti-
mulado la creación de nuevos métodos, como el biotecnológico, 
para sintetizarlo.
Como la estructura del índigo es muy parecida a la del nafta-
leno, un hidrocarburo policíclico, las enzimas que oxigenan el naf-
taleno también oxidan el indol y forman un derivado dihidróxido, 
que se oxida espontáneamente en contacto con el aire y produce 
el índigo, un pigmento azul brillante. Las enzimas que oxigenan el 
naftaleno están codificadas en diversos plásmidos de Pseudomo-
nas y otras bacterias del suelo. Cuando los genes de dichos plás-
midos se clonaron en E. coli, las células se volvieron azules debido 
a la producción de índigo: habían incorporado en su genoma los 
genes que codifican la enzima naftaleno oxigenasa.
Aunque solo se clonó el gen de la naftaleno oxigenasa durante 
la modificación genética de la ruta metabólica del índigo, la ruta 
metabólica de ese colorante consta de cuatro pasos, dos enzimá-
ticos y dos espontáneos (Figura 11.34). La enzima que realiza el 
primer paso, la transformación de triptófano en indol es la triptofa-
nasa y se encuentra de forma natural en E. coli. Para la producción 
del índigo hay que suministrar triptófano a las células recombinan-
tes de E. coli. Para la producción comercial del colorante se fijaron 
las células a un soporte sólido en un biorreactor, y se hizo gotear 
sobre las células una solución de triptófano procedente de residuos 
de proteínas. En este tipo de procesos industriales realizados con 
células inmovilizadas, se suele hacer circular el material sobre las 
células varias veces, lo cual provoca un aumento constante de los 
niveles de índigo, hasta que se puede recoger el colorante.
MINIRREVISIÓN
 Explique por qué la modificación genética de rutas metabólicas 
es más difícil que la clonación y la expresión de una hormona 
humana.
 ¿Cómo se modificó Escherichia coli para producir índigo?
Figura 11.35 Fotografía bacteriana. (a) Células de Escherichia coli detectoras de luz que han sido modificadas genéticamente con componentes de
cianobacterias y de la propia E. coli. La luz roja inhibe la transferencia de fosfato (P) a la proteína de unión del DNA OmpR; la proteína OmpR fosforilada es 
necesaria para activar la transcripción de lacZ (lacZ codifica la �-galactosidasa). (b) Preparación de una fotografía bacteriana. Las zonas opacas de la máscara 
corresponden a las zonas en las que la �-galactosidasa está activa y, por tanto, corresponderán a las zonas oscuras de la imagen final.(c) Fotografía bacteriana de 
un retrato de Charles Darwin.
Fotorreceptor
 Máscara
No
β-galactosidasa
β-Galactosidasa
activa
(a) (b) (c)
Transferencia
de fosfato
lacZPromotor 
ompC
OmpR
Membrana
citoplasmática
P
P
Transcripción
A
a
ro
n
 C
h
e
v
a
lie
r 
a
n
d
 M
a
tt
 L
e
v
y
Césped de células
bacterianas
Inactivo
bajo
la luz
Activo en
la oscuridad
EnvZ
https://booksmedicos.org
	booksmedicos.org
	Botón1: