George Church se eleva por encima de la mayoría de las personas. Tiene una larga barba gris del mago de la Tierra Media, y el trabajo de toda su vida, meterse con el ADN y profundizar en los secretos de la vida, no se ha alejado tanto del mundo de la magia profunda. El genetista de 63 años dirige uno de los laboratorios más grandes y mejor financiados del mundo, con sede en el segundo piso del enorme edificio de vidrio y acero, el New Research Building, Harvard Medical School. También trabaja como consultor y apoya docenas de proyectos, consorcios, conferencias, divisiones y nuevas empresas, unidos por la misión de ampliar los límites de lo accesible, desde crear biorobots hasta resucitar a un mamut. En una brumosa mañana de agosto, quería hablar conmigo sobre los límites de mi propia vida.
Church es uno de los líderes de la iniciativa llamada Genome Project-Write (GP-Write), que organiza los esfuerzos de cientos de científicos de todo el mundo que trabajan en la síntesis de ADN de diferentes organismos. El grupo todavía discute sobre qué tan lejos debería llegar en la síntesis del ADN humano, pero Church, parado en su oficina con una chaqueta deportiva arrugada detrás de un púlpito estrecho, que usa en lugar de una mesa, dice que su laboratorio ya ha tomado esta decisión. pregunta: "Queremos sintetizar versiones modificadas de todos los genes del genoma humano en los próximos años".
Él va a diseñar y crear largas cadenas de ADN humano, no solo cortando y pegando piezas pequeñas, una práctica similar ahora es similar a la rutina, gracias a las últimas tecnologías como CRISPR, que permite a los científicos editar ADN de manera fácil y económica, pero sobrescribiendo secciones críticas de cromosomas que luego se pueden conectar a genoma de origen natural. Si tiene éxito, será un salto emocionante en la complejidad de los genomas de bacterias y levaduras, cuya síntesis los científicos han trabajado hasta ahora. "Planeamos cosas muy superiores a CRISPR", dice Church. "Es como la diferencia entre editar un libro y escribir uno nuevo".
Al escribir su libro, Church espera cambiar la historia del hombre a voluntad. Reemplazando los nucleótidos seleccionados (símbolos de vida ACGT dispersos en los cromosomas) y reemplazando, por ejemplo, T con A o C con G durante el proceso de transcodificación, Church quiere crear células que resistan los virus. "Como el VIH o la hepatitis B", dice.
"¿Y un resfriado?" Pregunto
Él asiente y agrega que ya han logrado transcodificar la bacteria, haciéndola inmune a los virus. "Esto se describe en nuestro trabajo de 2016", dice.
Church y otros que trabajan en la síntesis del ADN humano crearon su propio proyecto en el marco de GP-Write: la grabación del proyecto del genoma humano (Human Genome Project-Write, HGP-Write). Sus perspectivas de éxito son tales que los biólogos discuten con vehemencia el potencial de tratar enfermedades, crear células e incluso, posiblemente, órganos completos con la ayuda de la bioingeniería. Los críticos se rascan la cabeza cuidadosamente debido a dificultades técnicas, altos costos y problemas prácticos. Francis Collins, director de los Institutos Nacionales de Salud, admite que la síntesis de un genoma humano completo es real, pero no entiende el significado de esta empresa. "Creo que es posible si tienes suficiente tiempo y dinero", dice, "pero ¿por qué hacerlo? Hoy, tecnologías como CRISPR son mucho más asequibles ".
Y surge la pregunta de la ética del uso de tecnología poderosa para juegos con un código de vida básico. Teóricamente, los científicos algún día podrán hacer genomas, humanos o lo que sea, tan fácil como escribir código en una computadora, convertir copias digitales de ADN de la computadora portátil de alguien en células vivas o incluso Homo sapiens. Conscientes de la controversia, Church y sus colegas de HGP-Write insisten en que su objetivo no es crear nuevas personas, aunque la insolencia necesaria para realizar cambios a gran escala en el ADN es suficiente para causar controversia. "La gente se molesta si alguien pone genes de un tipo diferente en los alimentos", dice el abogado y bioético de Stanford Henry Greely. “¿Y aquí estamos hablando de una reescritura completa de la vida? Sí, aquí el pelo se pone de punta y lo percibirán con hostilidad.
Pero, a pesar de todas las bayonetas, Church y el equipo se apresuran. "Queremos comenzar con el cromosoma Y humano", dice, refiriéndose al cromosoma sexual masculino, que, según explica, tiene la menor cantidad de genes de los 23 cromosomas, por lo que es más fácil de crear. Pero él no quiere sintetizar ningún cromosoma Y. Él y el equipo quieren usar la secuencia de este cromosoma, tomada de una persona real, de mí.
"¿Puedes hacer esto?" Me tropiezo, pregunto.
"Por supuesto que podemos, con su permiso", dice, recordando que sería fácil usar mi genoma, ya que está almacenado digitalmente en las computadoras de su laboratorio, como parte del proyecto que lanzó en 2005, "El Proyecto Genoma Personal" (Proyecto Genoma Personal, PGP). PGP atrajo a miles de personas que aceptaron contribuir con su genoma completo a una base de datos abierta accesible para los investigadores y cualquier otra persona en general; También proporcioné mi genoma para este proyecto.
Con mi permiso, después de algunas teclas en el teclado, Church podrá abrir dibujos digitales de mi cromosoma Y sin esfuerzo. Luego, los científicos de su laboratorio podrán hacer una copia sintética de la misma, pero con las diferencias: vuelven a codificar mi secuencia para que resista los virus. Si tienen éxito, y si pueden recodificar todos los demás cromosomas e introducirlos en las células humanas, y estos son dos grandes "si", en teoría, podrán implantar estas células "corregidas" en mi cuerpo, donde, si tienes suerte, se multiplicarán, cambiará el funcionamiento de mi cuerpo y disminuirá el riesgo de infección viral.
Pero nos estamos adelantando a nosotros mismos. Por ahora, Church simplemente quiere transcodificar y sintetizar mi cromosoma Y. "Cuando terminemos, un pequeño pedazo de usted será almacenado en el refrigerador". Una versión optimizada de mí que algún día podrá descongelarse, en diez años, o en cien mil. Para entonces, dice Church, los científicos podrán manipular mi genoma aún más profundamente. Podrá hacerme más fuerte, más rápido o incluso más inteligente. Es posible que puedan crear una versión completamente nueva de mí. ¿Quién sabe lo que será posible en el futuro?
La biología sintética, un área dedicada a comprender y reconstruir los componentes básicos de la vida, se originó en la década de 1970 cuando un equipo dirigido por el bioquímico de Stanford Paul Berg hizo descubrimientos clave en la técnica de cortar secuencias cortas de ADN de organismos (de bacterias a humanos) e insertarlas en otros (generalmente bacterias). Esta práctica ha permitido a los científicos utilizar sistemas de células microbianas para producir proteínas, que en algunos casos se han convertido en medicamentos exitosos, como
Epogen , que se utiliza para estimular la producción de glóbulos rojos en personas con anemia sometidas a diálisis o Tour de France.
La biología sintética a gran escala comenzó a aparecer a principios de 2000, cuando los científicos comenzaron a sintetizar el virus completo. En 2010, un equipo del Instituto J. Craig Venter creó la primera célula bacteriana autoreproductora sintética. Pero hasta ahora nadie se ha acercado a los ambiciosos planes de GP-Write o HGP-Write, debido a su nombre del proyecto inicial para estudiar el genoma humano del Proyecto del Genoma Humano, una empresa masiva que secuenciado 3 mil millones de pares de genes que componen el genoma humano por $ 2.7 mil millones de dinero de los contribuyentes estadounidenses. (El segundo proyecto privado dirigido por Craig Venter, hizo lo mismo mucho más barato). "Vemos el proyecto HGP-Write como una continuación del Proyecto del Genoma Humano", dijo el genetista Andrew Hessel, uno de los fundadores de GP-Write y HGP-Write, y ex investigador de la división de Ciencias de la Vida de Autodesk.
Fue Hessel, un hombre delgado de 54 años con una barba de púas corta, quien me contó por primera vez sobre este nuevo proyecto para estudiar el genoma humano hace tres años cuando vine a visitarlo en su pequeña cabaña de aspecto pegadizo al lado del río Ruso en Sonoma, California. Bebiendo vino tinto junto a una estufa de leña en una noche de niebla, Hessel contó cómo comenzó su carrera a fines de la década de 1990 en Amgen, analizando datos de un proyecto de empresa privada. "Incluso cuando estábamos terminando el HGP-Read (proyecto de lectura del genoma humano)", dice, usando su breve designación del proyecto del genoma humano, "ya estaba esperando cómo podríamos comenzar a crear algo". Esperé y esperé, pero no pasó nada. No hay suficiente imaginación. La tecnología ha alcanzado un cierto punto de desarrollo, pero nadie ha avanzado ". Observó el advenimiento de CRISPR y otras tecnologías de edición de genes, pero no lo satisficieron.
En 2015, Hessel decidió seriamente asumir el proyecto de edición del genoma y le pidió a Church que ayudara a organizar la iniciativa, que se convirtió en GP-Write (y HGP-Write). Church insistió en que necesitan traer a otro destacado biólogo sintético, Jeff Boeke, de la Universidad de Nueva York. Los objetivos del grupo van desde ayudar a desarrollar tecnologías que funcionen más rápido y más barato, hasta desarrollar una plataforma ética para sintetizar la vida. Ya tienen una respuesta a la pregunta de Francis Collins y otros sobre la síntesis del genoma humano: ¿por qué hacer esto? Hessel, Church y compañía hablan sobre el potencial de cambios importantes que afectan a todo el genoma, que pueden usarse para desarrollar células resistentes a virus, órganos sintéticos y nuevos medicamentos. Pero dibujan la línea sin activar el genoma en las
células de la línea germinal , capaces de cambiar los genes que transmitimos a nuestros hijos. "No creamos bebés, solo editamos genomas", insiste Hessel. "El verdadero trabajo de crear un bebé sintético seguirá siendo para la próxima generación".
En mayo pasado, GP-Write celebró su primera reunión pública en el Centro del Genoma de Nueva York. La conferencia de dos días atrajo a 250 científicos, profesionales de la ética, abogados, científicos aficionados, artistas, diseñadores de políticas y empresas de 10 países, incluidos China, Japón, Gran Bretaña, Canadá, Singapur y los Estados Unidos. Ha habido informes con títulos como "Uso de una matriz de aumento isotérmico para extender la secuencia artificial de genes" o "Sistemas de control de predicción y comprensión".
En la conferencia, se hicieron presentaciones de proyectos piloto cuyo apoyo la organización consideró o implementó. Por ejemplo, Harris Vaughn, de la Universidad de Columbia, quiere cambiar las células de mamíferos a través de la bioingeniería para que se conviertan en fábricas de nutrientes, produciendo aminoácidos y vitaminas críticos que los humanos deben consumir como alimento. Otro proyecto de June Medford, de la Universidad de Colorado, está dirigido a editar genomas de plantas que les permitirán filtrar agua o detectar sustancias químicas. En la reunión, mostró una imagen del marco de un aeropuerto rodeado de arbustos que reconocen explosivos.
El movimiento GP-Write hizo el más reciente de sus avances el año pasado cuando el laboratorio de Boeke en la Universidad de Nueva York anunció que había creado por completo 6 cromosomas artificiales de los 16 que componen el genoma de la levadura. Boeke planea completar la síntesis de los 16 cromosomas para fin de año. "Nos esforzamos por desentrañar, modernizar y rehacer los dibujos genéticos de la levadura", dice. "Después de sintetizar los 16 cromosomas, planeamos crear una célula de levadura que funcione".
Este será un logro notable, pero dado que la levadura tiene cuatro veces menos genes que los humanos, todavía no se convertirá en una aproximación a la difícil tarea de sintetizar la totalidad o incluso parte del genoma humano. El más largo de los 16 cromosomas de levadura contiene aproximadamente un millón de bases emparejadas. Una base emparejada son letras genéticas duplicadas que se ejecutan a lo largo de cada segmento de la doble hélice de ADN, de la manera de los escalones de una escalera. El cromosoma Y contiene 59 millones de bases emparejadas, y es uno de los 23 cromosomas humanos más cortos. Algunos científicos estiman que registrar todo el genoma humano, las 3.000 millones de bases emparejadas, puede costar 3.000 millones de dólares, lo que no solo es demasiado caro, sino que puede no ser necesario. "No tenemos que reescribir todo" para cambiar seriamente el cromosoma ", explica Church. "Sólo sus partes importantes".
En 2002, como parte de los intentos de nuestra revista de explicar y acercar a las personas la nueva tecnología de secuenciación genética, me convertí en una de las primeras personas cuyo genoma fue secuenciado. Entonces mi genoma parecía algo muy personal, y prometió revelar los secretos de mi salud, enterrados profundamente en mi ADN. Como parte de este artículo, Sequenom me examinó en busca de varios cientos de marcadores de ADN asociados con riesgos de enfermedades, desde la enfermedad de Alzheimer y la presión arterial alta hasta ciertos tipos de cáncer. Por ejemplo, los científicos de Sequenom descubrieron una mutación en mi sexto cromosoma, que luego se asoció con un ligero aumento en el riesgo de un ataque cardíaco. Al igual que muchas personas cuyo genoma ha sido secuenciado por servicios como 23andMe, recordé esta información con una nota "es bueno saberlo". Quince años después y sin ataques cardíacos, yo, mirando mi propio proyecto HGP-Write, pensé en cómo era saber que una pequeña parte de mí estaba siendo copiada y transcodificada con el fin de mejorarla.
Después de conocer a Church el verano pasado, me reuní con su equipo en una sala de conferencias en el Instituto de Ingeniería Harvard Weiss, inspirado en la biología, una increíble estructura de acero y vidrio ubicada detrás del edificio principal del laboratorio de Church. El equipo tenía cuatro investigadores y un postdoctorado de Albania, Erion Hisolli, de 32 años. Su muy serio Hisolly, con coletas en su cabello, me guió a través del proceso completo de creación de mi cromosoma Y.
La síntesis de genes, explicó Hisolly, comienza con el hecho de que los investigadores descubren la secuencia genética en una computadora. En una pantalla luminosa, me muestra un segmento de mi secuencia que se parece a esto:
CGG CGA AGC TCT TCC TTC CTT TGC ACT GAA AGC TGT AAC TCT AAG TAT CAG TGT GAA ACG GGA GAA AAC AGT AAA GGC AAC GTC CAG GAT CGA GTG AAG CGA CCC ATG AAC GCA TTC ATC GTG TGG TCT CGG GAT CGG GAT CAG GCT CTA GAG AAT CCC CGA
... y así sucesivamente. Hisolli explica que, en lugar de sintetizar cada nucleótido en mi cromosoma Y, el equipo de Church se concentrará en unidades individuales del código genético,
codones que determinan qué aminoácido (y, en última instancia, la proteína) producirá la célula. Cada codón consta de un máximo de tres nucleótidos (por ejemplo, ATG o TCC), y Hisolly y el equipo esperan que al intercambiar ciertos nucleótidos en los codones, puedan realizar cambios en la escala de todo el genoma que pueden hacer que la célula sea resistente a los virus. Después de transcodificar los codones objetivo, Hisolli enviará este dibujo genético a Integrated DNA Technologies, que produce pequeños segmentos personalizados de ADN real,
oligonucleótidos . La compañía luego secará y congelará estos oligonucleótidos y los enviará de regreso a Hisolly. Él y sus colegas se unirán a los segmentos obtenidos en secuencias cada vez más largas, y cada nuevo segmento los acercará un paso más al cromosoma completo.
Al menos, ese plan, y puede llevar un año completo completarlo. Mientras tanto, le pido a Hisolli una demostración menos ambiciosa del trabajo de edición de ADN. Al principio, ella no quiere hacer algo que considera simple. Pero luego está de acuerdo, y seleccionamos el segmento de ADN en mi sexto cromosoma que contiene la mutación identificada por mi prueba genética anterior, la que está asociada con un pequeño riesgo de ataque cardíaco. Para crear una nueva versión mejorada de este fragmento genético, Hisolly repara una mutación arriesgada en una computadora. También transcodifica este fragmento de ADN para que resista los virus, solo por el orden. Entonces Hisolly ordena un fragmento de ADN transcodificado de la compañía, y llega unos días después.
Una vez obtenido el fragmento, los investigadores lo clonaron y lo colocaron en el citoplasma de
E. coli , una bacteria muy conocida. La genética a menudo usa la capacidad de E. coli para reproducirse rápidamente. Después de unos días, E. coli produce una cantidad suficiente de copias de mi cromosoma alterado, y Hisolly me envía una foto de la bacteria en la placa de Petri que contiene estos pequeños pedazos de mí. Aunque no puedo ver estas partículas a nanoescala. Pero puedo ver las gotas luminosas verdes dispersas dentro de las celdas. Estas gotas son reproducidas por un
gen indicador fluorescente tomado de una medusa, que los científicos usan constantemente para etiquetar genes. Esta sopa microbiana sucia, de color verde pardusco, cubierta de puntos brillantes, está muy lejos de ser una versión mía que podría ser reconocida, pero hice una mueca, imaginando que algún día podría ver una versión más completa de mi genoma en una placa de Petri, caricaturizada que me recuerda
El último paso para crear un mini-yo sintético es reemplazar el gen corregido en las células donde debería almacenarse.
Pero no todos: los científicos usan mis glóbulos blancos para crear células madre pluripotentes inducidas (iPSC) que pueden crecer y convertirse en cualquier célula de mi cuerpo. (Cellular Dynamics International, una compañía que crea células madre para compañías e instituciones farmacéuticas, se ocupa del lado de la bioingeniería del problema en Madison, Wisconsin. Algún día, estas células pueden introducirse en mi cuerpo, con la esperanza de que cambien la forma en que funciona, pero hasta ahora "poner células editadas en el cuerpo es una tarea extremadamente difícil", dice Hisolly. - En muchos tejidos, simplemente puede ingresar a las células directamente y observar si un pequeño porcentaje puede sobrevivir y prosperar. O puede inyectar células madre de sangre en una vena y ver si pueden apuntar a la médula ósea o al timo". Y hasta que se desarrolle esta tecnología, mis celdas editadas se almacenarán congeladas, de modo que en el futuro yo u otras personas nos pondremos en contacto con ellas.Church advierte que la tecnología de síntesis del genoma a gran escala aún es emergente, costosa y compleja. GP-Write aún no ha recibido inversiones significativas, aunque los laboratorios individuales, como Church y Bokecke, han recibido fondos de agencias gubernamentales como la National Science Foundation y DARPA, el departamento de investigación y desarrollo del Pentágono. Por ahora, no espero que en un futuro cercano pueda recibir mi cromosoma Y transcodificado, o la pequeña corrección realizada por Hisolly en mi sexto cromosoma, como un implante. Pero se almacenarán en una congelación profunda, en caso de que se puedan resolver muchos problemas éticos y técnicos, así como un problema de seguridad.Aún así, me pregunto cómo algún día será posible usar este código básico, lo que me hace ser quien soy. Estoy usando ambas manos para usar dicha tecnología para desarrollar nuevos medicamentos o para desarrollar ajustes de ADN a escala genómica que puedan prevenir enfermedades, si es seguro y no tiene efectos negativos intencionales, y este es un gran "si". Pero si superamos la barrera terapéutica, me pregunto cómo reaccionaré ante el hecho de que yo o mis hijos mejorarán y me volverán más fuertes o más inteligentes. Repito que si esto es seguro y realmente funciona, sospecho que muchas personas aceptarán fácilmente una actualización, aunque tengo que preguntarme si ocurrirá la aparición de genomas nuevos y mejorados; utilizaremos transcodificación de todo el genoma o tecnologías como CRISPR. a esoque cambiaremos completamenteEn qué se convertirá esto en los próximos años y décadas, solo se puede adivinar. Pero en este momento ya se están creando herramientas que nos pueden dar la oportunidad de hacer más que solo introducir algunas nuevas mejoras, dice la bioingeniera Pam Silver de Harvard: "Solo su imaginación lo limitará". Ella trabaja en el proyecto GP-Write, que se centra en la producción de aminoácidos que las personas obtienen con los alimentos. Su opinión está respaldada por el genetista Charles Cantor, profesor emérito de la Universidad de Boston que me ayudó a participar en mi secuenciación de ADN en 2002 en Sequenom. Cantor cree que los científicos y los especialistas en ética son demasiado tímidos. "Cuando me imagino editando el genoma", dice, "me gusta pensar en qué géneros diferentes las personas pueden escribir composiciones.Personalmente, me gusta la ficción: crear genomas completamente nuevos, por ejemplo, para crear personas que obtienen energía de la fotosíntesis o de las plantas que caminan ”.El hecho de que los investigadores estén pensando seriamente en células capaces de resistir virus o plantas que caminan hace que sea aún más importante para científicos como Church, Hessel y Boeke, así como para investigadores jóvenes como Hisolly, compartir su trabajo públicamente y proyectos como GP-Write: trabaje de forma transparente y cumpla con los estándares siempre que sea posible. "Creo que el público debería tranquilizar a los científicos para que lo piensen, y no solo tomar y hacer algo de la categoría de genio loco", dijo Nicole Lockhart, directora de investigación de los Institutos Nacionales de Salud sobre las consecuencias éticas, legales y sociales. O, como dice Hessel: "Tal vez no podremos evitar que los malos usen esta tecnología, pero como de alguna manera aparecerá, siempre es mejor hablar abiertamente de ello".Durante una de mis últimas visitas al laboratorio, le pregunté a Hisoli qué cromosoma experimentarían la próxima vez que terminaran de sintetizar mi Y."Todavía no lo sabemos", dice. Quizás uno de los cromosomas pequeños restantes, 21 o 22. Church la anima a ella y a su equipo a probar oportunidades con el cromosoma X."Pero por ahora será demasiado", dice Hisolly, dado que ella tiene más de 10 veces más genes en ella y que es mucho más grande que Y.Le pregunto cuidadosamente qué secuencia usarán en el caso de Este y otros cromosomas para crear los restos de un genoma humano artificial transcodificado."Podríamos usar el tuyo", dice, apenas sonriéndome antes de alejarse y continuar trabajando.