Investigadores de la Universidad Macquarie, en colaboración con un equipo internacional, han completado la creación del último cromosoma del primer genoma de levadura sintética del mundo. Este logro marca un hito significativo en el proyecto global Sc2.0, que tiene como objetivo construir un genoma eucariota sintético a partir de Saccharomyces cerevisiae (levadura de panadero) y un neocromosoma tRNA nuevo.
Utilizando técnicas avanzadas de edición del genoma, incluido el protocolo CRISPR D-BUGS, el equipo identificó y corrigió errores genéticos que afectaban el crecimiento de la levadura. Estas correcciones restauraron la capacidad de la cepa para crecer en glicerol, una fuente de carbono clave, a temperaturas elevadas.
Los hallazgos, publicados en Nature Communications, muestran cómo se pueden diseñar, construir y depurar cromosomas ingenierizados para crear organismos más resistentes, lo que podría ayudar a asegurar las cadenas de suministro de alimentos y medicamentos frente al cambio climático y futuras pandemias.
El profesor Sakkie Pretorius, co-investigador principal y vicerrector adjunto (investigación) de la Universidad Macquarie, afirmó: "Este es un momento histórico en la biología sintética. Es la última pieza de un rompecabezas que ha ocupado a los investigadores de biología sintética durante muchos años ahora." El profesor distinguido Ian Paulsen, director del Centro de Excelencia ARC en Biología Sintética, enfatizó que la exitosa construcción del último cromosoma sintético completa una plataforma poderosa para la ingeniería biológica que podría revolucionar la producción de medicamentos y materiales sostenibles.
El equipo de investigación utilizó herramientas especializadas de edición de genes para diagnosticar y corregir problemas en el cromosoma sintético que afectaban la reproducción y el crecimiento de la levadura en condiciones desafiantes. Descubrieron que la colocación de marcadores genéticos cerca de regiones genéticas inciertas interfería accidentalmente con la activación de genes esenciales, afectando particularmente procesos como el metabolismo del cobre y la división celular.
El coautor principal, Dr. Hugh Goold, del Departamento de Industrias Primarias de NSW, comentó: "Uno de nuestros hallazgos clave fue cómo la posición de los marcadores genéticos podría interrumpir la expresión de genes esenciales. Este descubrimiento tiene importantes implicaciones para futuros proyectos de ingeniería del genoma, ayudando a establecer principios de diseño que se pueden aplicar a otros organismos."
La finalización del cromosoma conocido como synXVI permite a los científicos explorar nuevas posibilidades en la ingeniería metabólica y la optimización de cepas. El cromosoma sintético incluye características que permiten a los investigadores generar diversidad genética bajo demanda, acelerando el desarrollo de levaduras con capacidades mejoradas para aplicaciones biotecnológicas.
El Dr. Briardo Llorente, director científico de la Australian Genome Foundry, señaló: "El genoma de levadura sintética representa un salto cuántico en nuestra capacidad para ingenierizar la biología." La construcción de un cromosoma sintético tan grande fue posible gracias a la instrumentación robótica en la Australian Genome Foundry, lo que abre posibilidades emocionantes para desarrollar procesos de bioproducción más eficientes y sostenibles, desde la producción de productos farmacéuticos hasta la creación de nuevos materiales.
La investigación proporciona información valiosa para futuros proyectos de biología sintética, incluidas aplicaciones potenciales en la ingeniería de genomas de plantas y mamíferos. Los nuevos principios de diseño del equipo para cromosomas sintéticos ayudarán a otros investigadores a evitar la colocación de elementos genéticos potencialmente disruptivos cerca de genes importantes.