Podríem
començar per una breu recapitulació d’algunes de les fites més importants de la
biologia en el segle XX:
-En el 1943
Erwin Schrödinger, premi Nobel de física (1933), pronuncia la sèrie de
tres conferències seminals “Què és la vida?” en el Trinity College de Dublin,
amb assistència del primer ministre d’Irlanda, on ofereix noves idees de
com la informació hereditària pot estar codificada en una estructura química en
les cèl·lules. Les conferències tenen tan èxit que les ha de repetir.
En el 1944 publica el llibre del mateix títol que inspira a Crick i
Watson nou anys més tard.
-En el 1949
Sanger determina la seqüència d’aminoàcids de la primera proteïna, la insulina.
Rep el premi Nobel en el 1958.
-En el 1953
Watson i Crick, amb l’ajuda de Rosalind Franklin i Maurice Wilkins, descobreixen la estructura del DNA que és la molècula que conté la
informació genética contrariament al que es creia fins aquell moment, ja que
els biòlegs pensaven que aquesta informació la contenien les proteïnes. Reben,
conjuntament amb Wilkins, el premi Nobel en el 1962.
-En el 1961
Khorana i Nirenberg descobreixen el codi genètic que determina l’estructura
lineal de les proteïnes a partir de l’estructura lineal del DNA. Més tard, en
el 1965, Holley descobreix l’estructura del tRNA (el de transferència),
que transporta els aminoàcids als ribosomes, les fàbriques de les
proteïnes. Els tres van rebre el premi Nobel en 1968.
-En el 1970
Ham Smith descobreix els primers enzims de restricció, una mena de tisores
moleculars que tallen de forma precisa el DNA. Rep el premi Nobel en el
1978 conjuntament amb Arber i Nathans.
-En la dècada
dels 70 Cohen , Boyer i Berg usen els enzims de restricció i publiquen els
primers articles sobre el DNA recombinant, és a dir, una molècula artificial
combinació de fragments d’ADN de diverses espècies. Cohen i Boyer obtenen una
patent pel seu treball i Genentech i Eli Lilly l’usen per a produir insulina
humana, el primer fàrmac recombinant.
-En el 1976
Fiers seqüencia el primer genoma viral (un RNA virus). Una mica més tard, en el
1977, Sanger seqüencia el primer DNA virus, el Phi X 174.
El
virus Phi X 174
-En el 1983 Mullis
desenvolupa la tècnica de la reacció en cadena de la polimerasa que s’usa per
amplificar una mostra de DNA generant milers o milions de còpies de la mostra o
mostres. Es una tècnica essencial per a diverses aplicacions com és
l’anàlisi funcional dels gens o per identificar els criminals en proves
forenses i per esbrinar la paternitat a partir del DNA. Premi Nobel en el
1993.
-En el 1990 s’inicia el projecte del genoma humà.
-En el 1995
Craig Venter i el seu equip seqüencien
el primer genoma d’un ésser viu, Haemophilus influenzae. Tenia 1,8
milions de lletres, és a dir unes 300 vegades més que el virus Phi X 174
(els virus no es consideren éssers vius). També van seqüenciar el genoma del Mycoplasma genitalium.
I ara entrem ja en el segle XXI:
-En el 2003
es completa la seqüenciació del genoma humà amb més de 3.000 milions de
parelles de bases (o lletres del codi). En el 2000 s’havia ja anunciat la
obtenció d’un esborrany amb la participació de Clinton i Blair. Hi van
intervenir dos equips, un finançat pel govern americà i dirigit inicialment
per James Watson, i un altre constituït per l’empresa Celera fundada per
Craig Venter. Es va tardar més de 10 anys en seqüenciar el primer genoma
humà. Avui es pot fer en unes dues hores.
-En el 2003
Craig Venter i el seu equip sintetitzen el virus Phi X 174.
-En el 2007
Craig Venter i el seu equip sintetitzen
el primer genoma d’un ésser viu, el bacteri Mycoplasma genitalium, el
genoma més senzill que es coneix d’una cèl·lula capaç de reproduir-se per
ella mateixa, però que, amb 582.970 parells de bases, era 20 vegades més
gran que qualsevol altre genoma que s’havia sintetitzat abans (genomes de
virus, no considerats éssers vius perquè necessiten introduir-se en altres
cèl·lules per a reproduir-se). El genoma sintètic conté un missatge en
codi que es tradueix per “ Venter Institute” i “Synthetic Genomics”
i els noms dels científics que han col·laborat en el projecte com a prova
de que és sintètic. El codi usa tres bases de les habituals (Adenina, Citosina,
Guanina i Timina) per codificar cada lletra de l’alfabet.
-En el 2007
Craig Venter i el seu equip seleccionen el genoma del Mycoplasma
mycoides en lloc del Mycoplasma genitalium per a ser transplantat a
una altra espècie receptora, el Mycoplasma capricolum, degut a que
el M. mycoides creix més ràpidament en el laboratori que el M.
genitalium, encara que el genoma del M. mycoides és el doble
de gran que el del M. genitalium. Per a que entenguem la distància
genètica entre les dues espècies, la donant i la receptora, aquesta es
comparable a la que hi ha entre els ratolins i l’home
(un 10% de diferència). Realitzen el transplantament.
-En el 2010,
Craig Venter i el seu equip publiquen que han seqüenciat el genoma
del M. mycoides, que l’han sintetitzat amb una màquina a partir del
codi genètic digitalitzat en un ordinador usant les 4 bases del codi
genètic i altres composts químics i que l’han transferit a cèl·lules de M.
capricolum i que, al dividir-se aquestes, han obtingut noves cèl·lules que només
tenen el nou genoma sintètic on han introduït unes “marques a l’aigua” per a
provar que el nou genoma és totalment sintètic. Aquestes marques
incloïen, endemés del nom de l’institut Craig Venter i dels científics
involucrats en el projecte, frases de James Joyce i del premi Nobel de física
Richard Feynman (“Allò que no puc construir, no ho puc entendre”, encara que la
frase correcta era “Allò que no puc crear, no ho puc entendre”). Aquestes
frases estaven codificades amb un codi basat en les lletres que representen les
4 bases Adenina, Citosina, Guanina i Timina i que permet representar tots
els caràcters de la llengua anglesa incloent les xifres i els signes de
puntuació. A les noves cèl·lules no hi havia cap proteïna de M. capricolum, és
a dir, el genoma transplantat havia fabricat les seves pròpies proteïnes. Endemés,
per ser la primera espècie que havia tingut com a pare un ordinador van
posar l’adreça d’internet de l’ordinador. Es pot dir que aquest conjunt d’experiments acaben per donar el
cop mortal a la teoria del vitalisme, és a dir l’existència d’algun tipus de “élan
vital” que diferencia els éssers vius del món inanimat. La vida és química, això sí, química molt
complexa. Com veieu, sintetitzar és el
contrari de seqüenciar. Al seqüenciar
convertim el codi del DNA en codi digital i al sintetitzar partim de codi
digital i el convertim en DNA.
-En el 2011
s’obté la estructura atòmica del ribosoma d’una cèl·lula eucariòtica, el llevat
Saccharomyces cerevisiae
En conclusió:
el DNA és el software de la vida, el que dona les instruccions per a
sintetitzar les proteïnes i les proteïnes són els seus robots, les que
realitzen les tasques a les cèl·lules. La estructura lineal del DNA
determina la estructura lineal de les proteïnes, aquesta determina com es
pleguen en una estructura tridimensional i aquesta última determina la funció
de la proteïna.
Encara que no
es pot dir que s’hagi sintetitzat vida en el laboratori, perquè s’han usat
cèl·lules receptores, pot ser no estem gaire lluny d’assolir-ho. Ja
s’ha modelitzat matemàticament totes les funcions d’una cèl·lula en un
ordinador i com ha demostrat Craig Venter i el seu equip, partint del codi
genètic digitalitzat en un ordinador podem sintetitzar un genoma i posar-lo en
una cèl·lula receptora on gestionarà la fabricació de les proteïnes
pròpies de l’ espècie definida pel genoma. Per tant, els científics ja es
poden enviar els uns als altres codi digital en lloc dels gens físics. Aquesta
nova forma d’actuar ja s’ha fet servir quan el mes de febrer es va detectar un
nou virus de la grip a Xina, el H7N9. Els científics xinesos van seqüenciar el
virus i van fer el seu genoma públic. En poc dies, l’equip de Venter a
Synthetic Genomics havien sintetitzat els seus dos gens més importants i els
van usar per a fer una vacuna sense haver d’esperar que el virus arribés de
Xina. Craig Venter està desenvolupant un sintetitzador que posarà a la venda el
proper any. Aquesta reacció més ràpida seria essencial si el nou virus
aparegués en una futura colònia espacial, suposant que el virus estigués basat
en DNA, clar.
Per a més
detalls de tots aquest progressos llegiu “Life
at the Speed of Light: from the Double Helix to the Dawn of Digital Life” de
Craig Venter.
