Saben, he hablado de algunos de estos proyectos antes,
sobre el genoma humano y lo que podría significar
y sobre el descubrimiento de nuevos conjuntos de genes.
Estamos realmente comenzando a partir de un nuevo punto:
hemos estado digitalizando la biología
y ahora estamos tratando de pasar de ese código digital
a una nueva fase de la biología,
diseñando y sintetizando vida.
Por lo tanto, siempre hemos estado tratando de plantear grandes preguntas.
«¿Qué es la vida?» es algo que creo que muchos biólogos
han tratado de entender
a distintos niveles.
Hemos intentado varios métodos,
reduciéndola a sus componentes mínimos.
Llevamos ya casi veinte años digitalizándola.
Cuando secuenciamos el genoma humano
se pasaba del mundo analógico de la biología
al mundo digital del ordenador.
Ahora estamos tratando de plantear si podemos regenerar la vida
o si podemos crear nueva vida
a partir de este universo digital.
Este es el mapa de un pequeño organismo,
Mycoplasma genitalium,
que tiene el genoma más pequeño de todas las especies
que pueden autorreplicarse en el laboratorio.
Y hemos tratado de ver sólo si
si podemos llegar a un genoma aún menor.
Somos capaces de silenciar del orden de un centenar de genes
de los 500 más o menos que tenemos aquí.
Pero cuando nos fijamos en su mapa metabólico,
es relativamente simple
en comparación con el nuestro.
Créanme, esto es sencillo.
Pero cuando nos fijamos en todos los genes
que podemos silenciar de uno en uno,
es muy poco probable que esto pueda dar lugar
a una célula viva.
Por lo tanto, decidimos que la única manera de avanzar
era sintetizar de verdad este cromosoma
para que pudiésemos variar sus componentes
y poder plantearnos algunas de estas preguntas más fundamentales.
Y así iniciamos el camino de
«¿Podemos sintetizar un cromosoma?»
¿Puede la química hacer posible que fabriquemos
estas moléculas realmente grandes llevándonos
donde nunca habíamos estado antes?
Y si lo hacemos, ¿podemos hacer que arranque un cromosoma?
Un cromosoma, por cierto, no es más que un pedazo de materia química inerte.
Por lo tanto, nuestro ritmo de digitalización de la vida ha ido aumentando
a un ritmo exponencial.
Nuestra capacidad para escribir el código genético
ha ido avanzando muy lentamente,
pero ha ido aumentando.
Y nuestro último punto lo pondría ahora en una curva exponencial.
Empezamos esto hace más de 15 años.
Tuvo varias etapas, de hecho,
comenzando con una revisión bioética antes de que hiciéramos los primeros experimentos.
Pero resulta que sintetizar ADN
es muy difícil.
Hay decenas de miles de máquinas en todo el mundo
que fabrican trozos pequeños de ADN,
de entre 30 y 50 letras de longitud,
y que es un proceso que degenera, de modo que cuanto más larga hagamos la pieza,
más errores va a haber.
Así que tuvimos que crear un nuevo método
para juntar estos pedacitos y corregir todos los errores.
Y este fue nuestro primer intento: empezamos con la información digital
del genoma de Phi X 174.
Se trata de un pequeño virus que mata bacterias.
Diseñamos las piezas, realizamos las correcciones pertinentes
y obtuvimos una molécula de ADN
de unas cinco mil letras.
La etapa más emocionante llegó cuando tomamos este pedazo de materia química inerte,
lo introdujimos en las bacterias
y éstas empezaron a leer este código genético y
fabricaron partículas virales.
A continuación las partículas virales se liberaron de las células
y luego regresaron y mataron a las E. coli.
Hace poco estuve hablando con la gente de la industria del petróleo
y les dije que ellos entendían claramente este modelo.
(Risas)
Ellos se rieron aún más de lo que ustedes se ríen ahora.
Y así creemos que esta es una situación
en la que el software puede realmente construir su propio hardware
en un sistema biológico.
Pero queríamos ir mucho más lejos.
Queríamos construir el cromosoma bacteriano entero.
Éste consta de más de 580.000 letras del código genético.
Así que pensamos que las íbamos a construir en casetes del tamaño de los virus,
para poder ir variando realmente estos casetes
y así comprender
cuáles son los verdaderos componentes de una célula viva.
El diseño es fundamental,
y si estás partiendo de información digital del ordenador,
esta información digital tiene que ser muy precisa.
La primera vez que secuenciamos este genoma en 1995,
el nivel de precisión era de un error por cada 10.000 pares de bases.
En realidad, al resecuenciarlo encontramos
30 errores. Si hubiéramos utilizado esa secuencia original,
nunca habría podido ponerse en funcionamiento.
Parte del diseño consiste en diseñar piezas
que tengan 50 letras de longitud
y que tienen que solaparse con las otras piezas de 50 letras
para construir subunidades más pequeñas
que tuvimos que diseñar de manera que puedan ir juntas.
Diseñamos elementos únicos para ello.
Quizás hayan leído que les ponemos marcas de agua.
Piensen en esto:
tenemos un código genético de cuatro letras: A, C, G y T.
Los tripletes de esas letras
codifican aproximadamente veinte aminoácidos,
hay una sola designación de letras
para cada uno de los aminoácidos.
Así que podemos usar el código genético para escribir palabras,
frases, pensamientos.
Inicialmente, todo lo que hicimos fue autografiarlo.
Algunos estaban decepcionados porque no había poesía.
Diseñamos estas piezas de manera que
pudiésemos digerirlas sólo con enzimas.
Hay enzimas que las repararan y las juntan.
Y empezamos a hacer piezas
empezamos con piezas que iban desde 5.000 hasta 7.000 letras,
las acoplamos para hacer piezas de 24.000 letras y
luego juntamos dichos conjuntos llegando a 72.000 letras.
En cada etapa, sintetizamos abundantes piezas de éstas
para poder secuenciarlas,
porque estamos tratando de crear un proceso que sea muy sólido
y que van a ver en un minuto.
Estamos tratando de llegar al punto de la automatización.
Así pues, esto se parece a un playoff de baloncesto
Cuando nos ponemos con estas piezas muy grandes
–de más de 100,000 pares de bases–
ya no van a crecer tan fácilmente en E. coli.
Este proceso agota todas las herramientas modernas de la biología molecular.
Así que recurrimos a otros mecanismos.
Sabíamos que hay un mecanismo llamado recombinación homóloga,
utilizado por la biología para reparar el ADN,
que puede juntar estas piezas.
Aquí tenemos un ejemplo de ello.
Hay un organismo llamado
Deinococcus radiodurans
que puede soportar hasta tres millones de rads de radiación.
Como pueden ver en el panel superior, simplemente se hace explotar su cromosoma.
De doce a veinticuatro horas después,
se vuelve a reconstituir, exactamente como estaba antes.
Tenemos miles de organismos que pueden hacer lo mismo.
Estos organismos pueden desecarse totalmente.
O pueden vivir en el vacío.
Estoy completamente seguro de que puede existir vida en el espacio sideral,
vida que puede desplazarse, encontrar un nuevo medio acuoso.
De hecho, la NASA ha demostrado que esto ocurre.
Aquí pueden ver una micrografía real de la molécula que construimos
utilizando estos procesos, en realidad utilizando sólo mecanismos de las levaduras
con el diseño adecuado de las piezas que pusimos en ellas.
Las levaduras las juntan automáticamente.
Esto no es una micrografía electrónica,
se trata tan sólo de una fotomicrografía normal.
Es una molécula tan grande
que podemos verla sólo con un microscopio óptico.
Estas son imágenes tomadas a lo largo de un periodo de unos seis segundos.
Así que esta es la publicación que presentamos hace poco.
Son más de 580,000 letras del código genético.
Es la molécula más grande jamás sintetizada por el hombre de una estructura determinada.
Tiene una masa molecular superior a 300 millones.
Si imprimiésemos su código genético con un tamaño de fuente de diez y sin espacios,
harían falta 142 páginas
nada más que para imprimir este código genético.
Bien, ¿y cómo logramos que arranque un cromosoma? ¿Cómo lo activamos?
Obviamente, con un virus es bastante sencillo.
Pero es mucho más complicado cuando se trata de bacterias.
También es más sencillo cuando pasas
a eucariotas como nosotros:
puede bastar con quitar el núcleo
y meterle otro,
y eso es de lo que todos han oído hablar con la clonación.
Con las arqueobacterias, el cromosoma está integrado en la célula,
pero recientemente hemos demostrado que podemos hacer un trasplante
de un cromosoma de una célula a otra
y activarlo.
Para ello purificamos un cromosoma de una especie microbiana.
A grandes rasgos, estas dos especies son tan distantes como lo pueden ser los humanos y los ratones.
Añadimos unos cuantos genes extra
para poder seleccionar este cromosoma.
Lo digerimos con las enzimas
para matar todas las proteínas.
Y fue bastante impresionante cuando lo pusimos en la célula
–aquí pueden apreciar
nuestros muy sofisticados gráficos–
el nuevo cromosoma entró en la célula.
De hecho, pensamos que esto sería lo más lejos que llegaríamos,
pero hemos tratado de diseñar el proceso para llegar un poco más lejos.
Aquí se trata de un importante mecanismo de la evolución.
Encontramos todo tipo de especies
que han incorporado un segundo
o un tercer cromosoma procedente de algún lugar,
añadiendo miles de nuevos caracteres
a esas especies en cuestión de segundos.
Así que la gente que piensa en la evolución
como un simple cambio de un gen cada vez
no ha entendido mucho la biología.
Hay enzimas llamadas enzimas de restricción
que realmente digieren el ADN.
El cromosoma que se encontraba en la célula
carecía de ellas.
La célula –el cromosoma que pusimos en ella– sí las tiene.
El cromosoma se expresó y reconoció
el otro cromosoma como material extraño,
lo digirió y así logramos
que en la célula sólo quedara el nuevo cromosoma.
Y éste se volvió azul debido a los genes que pusimos en él.
Y en un período muy corto de tiempo,
todas las características de una de las especies se habían perdido
y dicha especie se ha convertido totalmente en la nueva especie
basada en el nuevo software que habíamos puesto en la célula.
Todas las proteínas cambiaron,
las membranas cambiaron
y cuando leemos el código genético, éste es exactamente el que habíamos transferido.
Así que esto puede sonar como alquimia genómica,
pero podemos, cambiando de sitio el ADN software,
cambiar las cosas de manera bastante espectacular.
Ahora bien, he argumentado, no se trata del génesis:
esto se basa en tres mil quinientos millones de años de evolución,
y he argumentado que puede que estemos a punto de tal vez
crear una nueva versión de la explosión Cámbrica,
en la que se produce una nueva especiación a gran escala basada
en este diseño digital.
¿Por qué hacer esto?
Creo que esto es bastante evidente en términos de algunas de las necesidades.
Vamos a pasar de seis mil quinientos millones
a nueve mil millones de personas en los próximos cuarenta años.
Poniéndolo en mi propio contexto:
nací en 1946.
Ahora hay tres personas en el planeta
por cada uno de los que existíamos en 1946;
dentro de cuarenta años, habrá cuatro.
Tenemos problemas para alimentar, suministrar agua potable,
medicamentos o combustible
a estos seis mil quinientos millones de personas.
Habrá que hacer un gran esfuerzo si queremos hacerlo para nueve mil millones.
Utilizamos más de cinco mil millones de toneladas de carbón,
más de treinta mil millones de barriles de petróleo (al año).
Esto equivale a unos cien millones de barriles al día.
Cuando tratamos de pensar en procesos biológicos
o en cualquier tipo de proceso que los sustituya,
va a ser un reto tremendo.
Luego, por supuesto, viene todo
el CO2 procedente de este material
que acaba en la atmósfera.
Ahora, a partir de nuestro descubrimiento en todo el mundo,
tenemos una base de datos con alrededor de veinte millones de genes
y a mí me gusta pensar en ellos como en los componentes para diseñar el futuro.
La industria electrónica sólo contaba con una docena de componentes
y fíjense en la diversidad que salió de eso.
En este punto estamos principalmente limitados
por una realidad biológica
y nuestra imaginación.
Ahora disponemos de técnicas,
gracias a estos métodos de síntesis rápidos,
para hacer lo que estamos denominando genómica combinatoria.
Ahora tenemos la capacidad de construir un gran robot
que puede fabricar un millón de cromosomas al día.
Cuando se piensa en procesar estos veinte millones de genes diferentes
o en tratar de optimizar los procesos
para la producción de octano o de productos farmacéuticos,
nuevas vacunas,
podemos cambiar, haciendo sólo con un pequeño equipo
más biología molecular
que durante los últimos 20 años de ciencia.
Y esto sólo en cuanto a la selección normal.
Podemos seleccionar para su viabilidad,
la producción de sustancias químicas y combustibles,
la producción de vacunas, etc.
Esta es una pantalla que resume la información
de algunos programas de diseño reales
en los que estamos trabajando para ser de verdad capaces de sentarnos
a diseñar especies en el ordenador.
No sabemos necesariamente qué aspecto tendrán.
Sabemos exactamente cómo será su código genético.
Ahora estamos centrados en los combustibles de cuarta generación.
Hemos visto recientemente que el etanol de maíz
es sólo un mal experimento.
Tenemos combustibles de segunda y tercera generación
que saldrán relativamente pronto y que van
desde el azúcar hasta combustibles de mucho mayor valor
como el octano o los diferentes tipos de butanol.
Pero pensamos que la única manera en que la biología
puede tener un impacto importante,
sin aumentar aún más el coste de los alimentos y la limitación de su disponibilidad,
es que comencemos con el CO2 como materia prima,
por lo que estamos trabajando en el diseño de células para seguir por esta vía
y creemos que tendremos los primeros combustibles de cuarta generación
en aproximadamente año y medio.
Luz solar y CO2 es un método
(Aplausos),
pero en nuestro descubrimiento por todo el mundo,
tenemos toda clase de métodos diferentes.
Éste es un organismo descrito en 1996.
Vive en las profundidades del océano,
a una milla y media de profundidad,
a temperaturas cercanas al punto de ebullición del agua.
Convierte el CO2 en metano
utilizando hidrógeno molecular como fuente de energía.
Estamos tratando de ver si podemos tomar
el CO2 capturado,
que puede llevarse fácilmente por tuberías a los sitios de producción,
y volver a convertir este CO2 en combustible
para dirigir este proceso.
Así que pensamos que, en un corto período de tiempo,
podríamos ser capaces de aumentar
lo que es la pregunta básica de «¿Qué es la vida?».
Estamos realmente, ya saben,
tenemos objetivos modestos
de sustitución de toda la industria petroquímica.
(Risas) (Aplausos)
¡Claro que sí! Si esto no se puede hacer en TED, ¿dónde se va a poder?
(Risas)
Convertirse en una importante fuente de energía.
Pero también estamos trabajando ahora mismo en utilizar estas mismas herramientas
para llegar a series de vacunas instantáneas.
Ya lo han visto este año con la gripe,
que siempre nos falta un año y un dólar
de dar con la vacuna apropiada.
Creo que esto se puede cambiar
creando anticipadamente vacunas combinatorias.
Aquí tienen cómo puede empezar a parecer el futuro
cambiando, ahora, el árbol evolutivo,
acelerando la evolución
con bacterias sintéticas, arqueobacterias
y, eventualmente, eucariotas.
Estamos lejos de mejorar a las personas.
Nuestro objetivo es asegurarnos de que tenemos la posibilidad
de sobrevivir el tiempo suficiente para quizás hacerlo. Muchas gracias.
(Aplausos)