“Si alguien quisiera hacer daño, hoy es más fácil fabricar una bomba que una célula sintética”

“Estamos a un paso de crear vida”. Así lo afirma Bert Poolman (Avereest, Países Bajos, 1959), uno de los pioneros de la biología sintética bottom-up, un enfoque que busca construir sistemas biológicos desde sus elementos fundamentales. No se trata de replicar organismos complejos, sino de lo básico: ensamblar, a partir de moléculas, sistemas capaces de mantenerse, crecer y dividirse por sí mismos.

Catedrático de Bioquímica en la Universidad de Groningen y miembro de la Real Academia Neerlandesa de Artes y Ciencias (KNAW), Poolman es un referente en bioenergética microbiana y transporte de membrana. En su laboratorio desarrolla modelos celulares sintéticos que intercambian energía y materia con el entorno y mantienen condiciones internas estables, propiedades esenciales de los sistemas vivos.

Tras su conferencia de clausura del curso de la Universidad Internacional Menéndez Pelayo (UIMP) La ingeniería de la biología como tecnología transformadora, Poolman conversó con SINC el pasado 29 de agosto en Santander sobre las aplicaciones de su investigación, el concepto de la vida y hasta dónde debería llegar esta disciplina.

Para mi, la vida significa que un sistema puede mantenerse a sí mismo: que sea autónomo, que pueda crecer alimentándose de moléculas del entorno, replicar sus componentes y dividirse

¿Qué es la vida para usted?

Para mí, la vida significa que un sistema puede mantenerse a sí mismo: que sea autónomo, que pueda crecer alimentándose de moléculas del entorno, replicar sus componentes y dividirse. Es una definición molecular mínima de lo que es la vida y creo que será, en un primer momento, la forma de vida más avanzada que quizá seamos capaces de crear. Se le pueden añadir sistemas que perciban el entorno, que se comuniquen entre sí o que evolucionen. Pero lo realmente complejo es conseguir que un sistema crezca, se divida y que las células hijas vuelvan a crecer y dividirse.

Hace unos 4 000 millones de años eso ocurrió por primera vez a partir de moléculas en el agua. ¿Hemos aprendido algo desde la bioingeniería sobre esos comienzos?

No tenemos ni idea de cómo ocurrió. Sabemos que a partir de gases simples (amoníaco o monóxido de carbono, entre otros) se pueden formar aminoácidos y azúcares simples, conocemos cómo se generan los bloques de construcción básicos. El problema viene después: cómo, a partir de ellos, se forman proteínas y ácidos nucleicos. Ciertas superficies minerales pueden catalizar la polimerización, de modo que aminoácidos sobre una superficie pueden formar péptidos simples, que a su vez pueden convertirse en proteínas. Es plausible que haya ocurrido, pero no lo sabemos. El gran salto es cómo se combinó todo eso y surgió un sistema genético capaz de almacenar información.

Algunos creen que no deberíamos ser demasiado ADN-céntricos al pensar en el origen de la vida. Hay otros escenarios posibles, como sistemas de moléculas polimerizadas sobre superficies y concentradas que ya realizaban catálisis compleja, aunque aún no se replicaran

¿Qué sabemos sobre cómo apareció ese sistema?

Una de las teorías más conocidas es que antes del ADN existió el ARN, capaz tanto de almacenar información como de catalizar reacciones. Esa idea es atractiva, pero no hemos avanzado demasiado: solo se han conseguido moléculas pequeñas que pueden autorreplicarse, lejos incluso de las formas de vida más elementales.

Por eso, algunos creen que no deberíamos ser demasiado ADN-céntricos al pensar en el origen de la vida. Existen otros escenarios posibles, como sistemas de moléculas polimerizadas sobre superficies y concentradas que ya realizaban catálisis compleja, aunque aún no se replicaran. Pero probablemente no lo sabremos nunca, es muy difícil obtener evidencias experimentales de hace 4.000 millones de años. En cualquier caso, para mí lo fundamental es entender mejor la biología.

Las células artificiales demuestran que la vida se abre camino

SINC

¿Por qué?

Soy bioquímico, y la bioquímica consiste en trabajar con moléculas. La biología celular, en cambio, es muy compleja. Para mí, una célula es una “caja negra”. Lo que hacemos es situarnos en un punto intermedio: tomar moléculas y construir sistemas complejos, pero no tanto como una célula real, para entender mejor esa complejidad.

Nuestra célula será muy distinta de las actuales: combinará proteínas y ácidos nucleicos de bacterias, levaduras y células humanas para lograr funciones concretas, y espero que cumpla mi definición de vida: crecer, dividirse y mantenerse

Entonces, ¿en qué se diferencia una célula natural de la que usted quiere crear?

Quiero entender los mecanismos. En biología hay muchas maneras de hacer lo mismo. A menudo se dice que cada enzima es única, pero en realidad suelen ser variaciones sobre un mismo tema. A mí me interesa entender ese tema: qué es lo mínimamente necesario y cómo se pueden hacer las cosas de la forma más simple.

Nuestra célula será muy diferente de las células vivas actuales, aunque estará compuesta de proteínas y ácidos nucleicos. Utilizo componentes de bacterias, células humanas o levaduras, que nunca se han encontrado entre sí, pero que juntos realizan una función concreta. Será una célula muy distinta, aunque espero que encaje dentro de mi definición de vida: un sistema capaz de crecer, dividirse y mantenerse a sí mismo.

¿Tendría algún tipo de material genético?

Sí. No lo hacemos en mi laboratorio, pero formamos parte del Evolf Consortium [una plataforma colaborativa de biología sintética], y otros grupos trabajan en el sistema genético. Todo esto es lo bastante complejo como para no hacerlo todo uno mismo.

¿Qué han aprendido sobre la membrana celular al reconstruirla en células sintéticas?

Que no son solo lípidos, sino también las proteínas que la atraviesan, y que muchas de ellas hacen más cosas de las que se les atribuyen, no una única función. En una célula real, esa actividad queda oculta por la enorme complejidad del sistema. En un sistema más simple, como el nuestro, esas funciones emergen. Y si ocurren en células sintéticas, es probable que también ocurran en las células de las que proceden esas proteínas.

Bert Poolman. / Juan Manuel Serrano Arce (UIMP)

¿Existe riesgo si se liberase una célula sintética autoreplicable en el medio ambiente?

Los sistemas que estamos construyendo son extremadamente frágiles y no sobrevivirían fuera del laboratorio, serían inmediatamente desplazados por otras formas de vida. Pero no se puede descartar al 100 % que cualquier tecnología sea mal utilizada mediante un uso deliberado en el futuro. Por eso, otros grupos trabajan en mecanismos de seguridad, en una especie de “botón rojo” para evitarlo; en nuestro consorcio también trabajan expertos en ética, filosofía y seguridad. Dicho esto, lo que hacemos es muy complejo: si alguien quisiera hacer daño, hoy en día es más fácil fabricar una bomba atómica que construir una célula sintética.

Los sistemas que estamos construyendo son extremadamente frágiles y no sobrevivirían fuera del laboratorio, serían desplazados por otras formas de vida. Pero no se puede descartar al 100 % que cualquier tecnología sea mal utilizada mediante un uso deliberado en el futuro

Dice que pueden producir ATP [el combustible celular] con solo cuatro proteínas, frente a las cien que necesita una célula viva. ¿Por qué estas son menos eficientes?

Los sistemas vivos no están necesariamente optimizados para la máxima eficiencia. Nosotros producimos ATP de forma muy simple, pero solo a partir de una molécula, la arginina. Las células vivas lo hacen de manera mucho más compleja, no porque produzcan mejor el ATP, sino porque pueden usar gran variedad de fuentes de energía.

¿Qué aplicaciones podría tener esta tecnología en el ámbito de la salud?

En la liberación dirigida de fármacos mediante sistemas de vesículas capaces de detectar el entorno (como cambios de pH) y liberar su contenido solo donde deben hacerlo, por ejemplo, cerca de un tumor, donde el pH suele ser más bajo. Hemos trabajado en ello, aunque muchas ideas que suenan muy prometedoras sobre el papel no siempre aportan un beneficio adicional cuando se prueban en sistemas vivos.

También hay líneas de investigación en células beta para el control de la insulina y en inmunología sintética, aunque todavía en fases tempranas. La ventaja de nuestro enfoque es que no trabajamos con la “caja negra” de una célula, sino con sistemas más simples y controlables, lo que permite diseñar mejor sus funciones.

Hay investigaciones en liberación dirigida de fármacos con vesículas sensibles al entorno, y también en células beta para el control de insulina y en inmunología sintética, aunque todavía en fases tempranas

¿Cuál es su expectativa?

Una vez que lo consigamos, las aplicaciones pueden ser enormes, pero lo más probable es que las más importantes surjan de forma accidental. Un ejemplo es la secuenciación por nanoporos [técnica de lectura genética en tiempo real]: estamos adaptando nuestro sistema de producción de energía para mejorar las lecturas largas de ADN, lo que permitiría analizar mejor regiones repetidas del genoma, implicadas en muchas enfermedades. Es una aplicación en la que no habíamos pensado inicialmente y que surgió del diálogo con otros campos. Por eso la colaboración interdisciplinar es clave: a menudo no conocemos las preguntas más relevantes fuera de nuestro propio ámbito.

¿Qué potencial tienen estas tecnologías para el clima o la energía?

Existen grupos que trabajan en la captura de CO₂ y en biocombustibles (como el butanol) con resultados prometedores a pequeña escala. El problema es la escalabilidad: para tener un impacto real en clima o energía harían falta volúmenes y costes que hoy no sabemos cómo alcanzar. A diferencia de las aplicaciones médicas, donde la escala no es tan crítica, en estos ámbitos probablemente será necesario combinar células sintéticas con química clásica para que resulte viable.

Ya se trabaja con organoides basados en células vivas, y es razonable imaginar que en el futuro se fabriquen órganos o subestructuras celulares de forma sintética

Alien, Terminator, Westworld… ¿La creación de tejidos, formas de vida complejas o humanoides sigue siendo ciencia ficción?

La creación de tejidos es un objetivo plausible. Ya se trabaja con organoides basados en células vivas, y es razonable imaginar que en el futuro se fabriquen órganos o subestructuras celulares de forma sintética.

Pero humanoides, especies vivas completas de tipo mamífero… no creo que debamos hacerlo. Tampoco sabría cómo, pero en algún momento también tenemos que saber dónde parar. Aunque, de nuevo, puede haber personas que piensen en esa dirección. En todo caso, ni siquiera estoy 100 % seguro de que vayamos a conseguir la célula que hemos prometido construir, y será una célula muy simple. Crear algo tan complejo como usted es algo muy lejano. Y, sinceramente, tampoco quiero pensar demasiado en ello.