Para conocer cuáles son las diferencias fundamentales entre Ingeniería genética y Biología Sintética y, algunos ejemplos de aplicaciones de estas tecnologías punteras, en AINIA hemos organizado un webinar “Ingeniería genética: cómo obtener organismos biofactoría” el próximo 9 de junio, ¿quieres saber más?
Interés creciente en la generación de productos mediante ingeniería genética
La especie humana lleva siglos aprovechando los recursos naturales más básicos en su beneficio para numerosas aplicaciones. Hoy en día, la biotecnología contemporánea sigue esta razón lógica y se nutre de numerosas especies vegetales, animales y de microorganismos creando utilidades nuevas para diferentes sectores industriales. Aunque estos recursos ofrecen incontables beneficios, muchas veces, resulta útil poder modificar las características salvajes de estas especies mediante ingeniería genética, para que resulten más rentables desde un punto de vista industrial. Pero ¿en qué consiste exactamente la ingeniería genética?
La Ingeniería genética es una herramienta clave para la biotecnología actual que nos permite modificar el genoma de los organismos con diferentes finalidades como la producción de proteínas recombinantes, modificación de rutas metabólicas para la obtención de metabolitos de interés o bien la edición genética de organismos para obtener características deseadas en estos. Durante el próximo Webinar “Ingeniería genética: cómo obtener organismos biofactoría” veremos cuales son las diferencias fundamentales entre Ingeniería genética y Biología Sintéticay, algunos ejemplos de aplicaciones de estas tecnologías punteras.
Diferencias fundamentales entre ingeniería genética y biología sintética
Para diferenciar entre ingeniería genética y biología sintética, dos disciplinas hermanas, pero que cuentan con importantes diferencias, es importante destacar que la biología sintética es la evolución lógica de la ingeniería genética.
- Ingeniería genética: Una definición típica de ingeniería genética sería que “es la manipulación directa del material genético de los organismos mediante técnicas de biología molecular”.
- Biología sintética: Sin embargo, la Biología sintética se define como “la síntesis de biomoléculas o ingeniería de sistemas biológicos con funciones nuevas”.
La diferencia fundamental es que la biología sintética evoluciona rigiéndose por ciertos principios adaptados de la ingeniería como son la estandarización y la abstracción. La estandarización de la ingeniería genética permite construir piezas genéticas “coleccionables” y reutilizables que nos permiten abaratar costes, controlar mejor los procesos y aumentar la predictibilidad de los resultados.
Una analogía representativa sería el cómo la estandarización de las piezas de construcción facilita la construcción de edificios. Nos podemos imaginar cómo sería la construcción si en vez de ladrillos idénticos, utilizáramos piedras irregulares, la predictibilidad sería nula y el esfuerzo sería inmenso para encajar unas con otras, pulirlas, cortarlas, al final serían procesos que llevarían mucho esfuerzo y coste asociado. Algo similar ocurre con la Biología sintética, solo que en vez de edificios construimos complejos circuitos genéticos, formados por piezas genéticas que serían en definitiva nuestros ladrillos.
Además, la reutilización de piezas nos permite abstraernos a niveles superiores del código genético mediante la creación de piezas, módulos o circuitos genéticos y esto es muy importante porque, al igual que en ingeniería, abarata costes, optimiza recursos, proporciona control y predictibilidad y reduce los tiempos de producción. ¿qué utilidades nos ofrecen estas dos disciplinas?
Plataformas de producción de proteínas recombinantes
Existen diversas plataformas de producción de proteínas recombinantes, todas ellas aptas, pero cada una de ellas con propiedades especialmente convenientes para cada tipo de proteína. En primer lugar, hay que tener en cuenta que conforme aumenta la complejidad de la proteína que queremos producir, también debería de aumentar la complejidad de la plataforma utilizada. Por ejemplo, hay que tener en cuenta si la proteína requiere modificaciones postraduccionales y en caso afirmativo, escoger entonces una plataforma eucariota acorde.
- Plataformas procariotas: Por ejemplo, Escherichia coli, para la cual tenemos vectores de diseño propio en AINIA, o Bacillus subtilis, son plataformas preparadas para la producción de proteínas sencillas como por ejemplo Insulina, Interferón, factores de coagulación, algunos antígenos para vacunas o interleucinas.
- Plataformas eucariotas: Por ejemplo, células CHO, células vegetales, de insecto o incluso plantas completas son convenientes para la producción de proteínas complejas como anticuerpos, hormona estimulante de folículos, glucocerebrosidasa, que se utiliza para sustitución enzimática para enfermos con Gaucher o factores de crecimiento para cosmética o para medios de cultivo de carne in vitro.
Aplicación modificación genética: Producción de proteínas recombinantes
Una de las aplicaciones más populares de la modificación genética es la producción de proteínas recombinantes de alto valor añadido. Mediante un sencillo diseño genético es posible introducir genes nuevos en las células (incluidos en un plásmido o bien insertados en el genoma del organismo) para producir proteínas nuevas. Estos genes pueden pertenecer a la misma especie a la que se van a introducir, lo que llamamos cisgénesis, o bien pertenecer a otra especie y en este caso hablaríamos de transgénesis.
Las proteínas recombinantes se pueden producir en una gran variedad de sistemas biológicos como por ejemplo bacterias (E. coli, B. subtilis…), células CHO, céluas vegetales (BY2…), células de insecto, plantas completas, etc. AINIA posee herramientas de transformación de E. coli de desarrollo propio, en las que se pueden producir proteínas de diversa índole como enzimas, péptidos bioactivos, antígenos, factores de crecimiento, endolisinas, etc.
Por otro lado, estamos en fase de desarrollo de vectores de expresión en microorganismos GRAS (bacterias y levaduras) como Bacillus subtilis y Pichia pastoris, esta última para producción de proteínas más complejas que requieran modificaciones post-traduccionales como por ejemplo anticuerpos. Además, contamos con la plataforma de producción BY2, también para producción de proteínas más complejas, que, gracias a su naturaleza vegetal libre de tóxicos, puede ser utilizada para formulaciones que no requieran procesos de purificación muy exhaustivos.
Ingeniería metabólica
En ocasiones, las proteínas recombinantes ya no son las protagonistas sino que se producen con la función de modificar el entramado metabólico de la célula para producir un metabolito en concreto o incrementar la producción de alguno ya existente. En este caso, la naturaleza de la tecnología es la misma, el clonaje de genes que codifican proteínas de interés, solo que en vez de ser las propias proteínas las que tienen interés industrial, estas formarían parte de la red metabólica que daría paso al metabolito de interés.
Para lograr obtener una ruta metabólica de interés, muchas veces se utilizan otras herramientas además del ADN recombinante. Resulta muy útil poder editar los genes de la ruta para poder aumentar o disminuir la expresión génica o eliminarla por completo. Existen varias herramientas genéticas para realizar este tipo de abordajes, por ejemplo TALENs, Zinc Fingers (ZFNs) o CRISPR-Cas9. A continuación os contamos un poco más sobre esta última técnica, la más novedosa, precisa y versátil de las herramientas de edición genética.
CRISPR-Cas9: Una herramienta pionera para la edición genética.
Como se menciona en el apartado anterior, el sistema Crispr/Cas 9 es el más versátil de los sistemas de edición genética. Por un lado, permite silenciar por completo la expresión génica mediante cortes de doble cadena producidos por la endonucleasa Cas9. En ocasiones, estos cortes serán reparados de manera errónea causando INDELS (inserciones o deleciones) en el gen. Estos INDELS generarán la rotura de la pauta de lectura, lo que inactivará el gen. Pero esta no es la única utilidad que ofrece este sistema: Una mutación en la proteína Cas9 (dCas9), que elimina su función nucleasa, junto con la asociación de represores o activadores, nos permitiría aumentar o disminuir la expresión génica de los genes de interés.
Todos estos temas los trataremos en el webinar “Ingeniería genética: cómo obtener organismos biofactoría” del próximo 9 de junio. ¡No te lo pierdas!
¿Trabajamos juntos? Colaboramos contigo para hacerte evolucionar
Disponemos de experiencia científica y tecnológica, así como de las herramientas necesarias para el desarrollo de tus proyectos de modificación genética. AINIA posee la capacidad de producir proteínas recombinantes en diversas plataformas procariotas y eucariotas, así como las herramientas y experiencia para desarrollar complejos proyectos de ingeniería metabólica para lograr obtener tu metabolito favorito.
Te acompañamos desde el inicio:
- Experiencia en búsqueda de secuencias genéticas en bases de datos
- Diseño de piezas genéticas.
- Modelización de rutas metabólicas y predicción de flujos para abordajes de ingeniería metabólica.
- Diseño y desarrollo de vectores de expresión.
- Transformación genética.
- Análisis para evaluar la transformación genética
- Diseño de guías específicos para Crispr/Cas9
- Estudios bioinformáticos para evaluar resultados de edición genética.
Además, contamos con la experiencia y las instalaciones necesarias para la producción, optimización y escalado de los cultivos de bacterias y líneas celulares recombinantes, así como la purificación de las proteínas producidas mediante diferentes técnicas cromatográficas.
