Una nueva técnica, desarrollada por científicos españoles pertenecientes al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y al Barcelona Supercomputing Center - Centro Nacional de Supercomputación; permite reprogramar genéticamente bacterias sin necesidad de que se añadan genes externos. De este modo, especies que no degradan plásticos como la Escherichia coli, adquieren esta capacidad. Los hallazgos se publicron en Trends in Biotechnology.

La técnica, llamada GenRewire, logra que se reorienten las funciones presentes en el genoma de las proteínas para desarrollar nuevas capacidades sin que se comprometa su funcionamiento natural. Esto plantea un cambio de paradigma frente a aquellas técnicas de ingeniería genética que dependían de la introducción de ADN ajeno.

“Nuestro método parte de una idea sencilla: si las proteínas nativas pueden ser rediseñadas computacionalmente para hacer algo nuevo, no necesitamos alterar el equilibrio genético de la célula con elementos externos”, explicaron los científicos.

Otorgar una nueva habilidad

En pos de validar esta tecnología, los científicos aplicaron el método para dotar a la bacteria Escherichia coli de la capacidad de degradar partículas de plástico PET (tereftalato de polietileno) de tamaño nanométrico. Se trata de nanoplásticos omnipresentes cotidianamente, utilizados en la fabricación de envases o en la industria textil, que se han convertido en contaminantes con un alto impacto en el medioambiente y en la salud.

Este logro se ha conseguido mediante la reprogramación de dos proteínas de la bacteria, sin necesidad de insertar genes externos. “Nuestro enfoque es único porque combina inteligencia artificial, simulación por supercomputación y edición genética precisa para incorporar nuevas actividades en proteínas naturales”, afirmaron.

Agilización gracias a la IA

Las proteínas modificadas logran sustituir a las originales en el genoma. Esto permite que la célula mantenga su equilibrio biológico. Por otra parte, la técnica se destaca por su funcionamiento sencillo: consiste en analizar en un supercomputador las proteínas codificadas por un genoma y, posteriormente, reprogramarlas mediante herramientas computacionales para que realicen una función deseada.

“Reprogramamos la bacteria virtual en tan solo tres o cuatro semanas, gracias a los recientes avances en métodos estructurales de IA, en nuestros algoritmos de simulación mecánica y al poder de supercomputación del MareNostrum 5”, afirmaron.

Un avance en biotecnología

En biotecnología es muy común usar ingeniería genética para dotar a las bacterias de habilidades que les permita, por ejemplo, producir sustancias de interés industrial o médico, o degradar contaminantes ambientales.

No obstante, hasta el momento la alteración de funciones celulares bacterianas sólo se conseguía si se introducía material genético ajeno en las células por medio de distintas técnicas y elementos. La novedad es que esta técnica consigue el mismo resultado pero sin ADN introducido, lo que evita problemas como que las bacterias crezcan peor o que el sistema sea poco estable.

“Hemos demostrado que es posible rediseñar bacterias desde dentro, sin alterar su naturaleza con elementos externos. Esta tecnología puede complementar la ingeniería metabólica clásica, haciendo que bacterias como Escherichia coli degraden plástico y transformen sus residuos en productos valiosos”, indicaron.

Según los investigadores, este método podrá aplicarse a otros organismos y convertirse en una herramienta clave en reprogramación de genomas. “Aplicado por ejemplo al genoma humano o a cultivos no solo reduce el riesgo de rechazo por parte del sistema inmunológico, sino que también ayuda a superar las barreras legales y éticas que suelen plantearse al usar ADN ajeno”, concluyeron.