Nuevo reto de la biofísica: construir sistemas vivos en laboratorio

La biofísica alemana Petra Schwille quiere fabricar células sintéticas con el mínimo equipamiento posible. Su objetivo es averiguar qué es lo que hace que algo esté vivo y cómo surgió la vida en la Tierra. La comunidad científica se la toma muy en serio.

Petra Schwille y sus colegas del Instituto Max Planck de Bioquímica están trabajando en un sistema mínimo que sea capaz de dividirse de forma autónoma. Están intentando recrear células sintéticas utilizando la menor cantidad de bloques de construcción posible.

Crean diminutos robots biológicos a partir de células humanas

Aunque todavía están muy lejos de su objetivo de crear una célula artificial, ya han observado en el laboratorio propiedades sorprendentes de la autoorganización de estos sistemas simples.

El objetivo del trabajo es el desarrollo de métodos de molécula única. Además, se ocupa de la reconstitución de funciones biológicas en modelos artificiales de membranas o módulos celulares e investiga procesos biológicos como la autoorganización de las células. Su investigación examina, entre otras cosas, la cuestión de qué significa la vida y cómo se produce.

Premio Manfred Eigen

Aunque pueda parecer utópico, esta línea de investigación ha sido tomada muy en serio por la comunidad científica. El pasado mes de noviembre, Petra Schwille fue la primera ganadora del Premio Manfred Eigen. La renombrada científica es directora y miembro científico del Instituto Max Planck de Bioquímica desde 2011 y profesora honoraria de la Facultad de Física de la Universidad Ludwig Maximilians de Múnich desde 2012.

El premio que acaba de recibir, en honor a los logros destacados en el campo de las ciencias naturales y de la vida, lleva el nombre del fallecido premio Nobel Manfred Eigen y es otorgado por la Academia de Ciencias de Alemania a la que pertenecía Eigen. Ahora la Academia la considera “una científica destacada y galardonada.” En 2010, Schwille recibió asimismo el premio Gottfried Wilhelm Leibniz.

¿Cómo crear vida artificial en el laboratorio?

Averiguar qué es la vida es una de las aspiraciones más antiguas y difíciles de la ciencia. Aunque podemos reconocer fácilmente a los seres vivos cuando los vemos, no tenemos una definición clara y universal de lo que los caracteriza.

Podemos enumerar algunas propiedades típicas de la vida, como el metabolismo, la herencia, la reproducción, la irritabilidad, el crecimiento o la evolución, pero no sabemos cuáles son imprescindibles y cuáles no.

Para intentar resolver este enigma, la bióloga Petra Schwille ha optado por un enfoque experimental: crear vida artificial en el laboratorio. Su idea es construir células sintéticas con la configuración más simple y básica que se pueda imaginar.

De esta forma espera identificar los requisitos mínimos para que algo sea considerado vivo. Espera conseguirlo en un plazo de cinco años y eso, si se cumple, le permitirá equipar las nanomáquinas con metabolismo y material genético.

Dos aproximaciones posibles

Existen dos formas de abordar este desafío: desde arriba o desde abajo. El enfoque desde arriba consiste en tomar una célula natural y reducir su complejidad hasta el límite. Es lo que ha hecho el genetista estadounidense Craig Venter, que ha diseñado un organismo con el genoma más pequeño posible, compuesto por unos 500 genes esenciales para la supervivencia.

El enfoque desde abajo, en cambio, consiste en ensamblar una célula artificial a partir de componentes básicos, como lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Es lo que hace Schwille, que utiliza una técnica llamada "microfluidos" para crear pequeñas gotas de agua rodeadas de una membrana de lípidos, que actúan como compartimentos celulares. Dentro de estas gotas, introduce moléculas que realizan funciones biológicas, como la síntesis de proteínas o el transporte de sustancias.

Schwille no pretende replicar una célula natural, sino crear una célula nueva que tenga su propia identidad y dinámica. Su objetivo es que estas células sintéticas sean capaces de crecer, dividirse y evolucionar, y que tengan algún tipo de metabolismo y herencia. Así, podrá estudiar cómo surgen y se mantienen los procesos vitales, y cómo se originó la vida a partir de la materia inerte.

Implicaciones

Este tipo de investigación tiene implicaciones tanto teóricas como prácticas. Por un lado, puede ayudar a comprender mejor la naturaleza de la vida y su diversidad, y a explorar la posibilidad de que exista vida en otros planetas con condiciones distintas a las de la Tierra.

Por otro lado, puede servir para desarrollar nuevas aplicaciones biotecnológicas, como sensores, biosensores, fármacos o biocombustibles, basados en células sintéticas.

“Mucha gente cree que el surgimiento de la vida fue una gran coincidencia”, afirma Petra Schwille. "Yo tengo una opinión diferente. Creo que las condiciones en la Tierra primitiva crearon vida por necesidad. Precisamente por eso quiero retroceder en el tiempo en el laboratorio”, concluye.