Expansión SynBio desde las tierras de charros y charras

Alguna vez has deseado tener el poder de diseñar y crear vida a tu gusto, como si fueras un ingeniero de la naturaleza, un mundo donde las propias plantas nos ayuden a combatir el cambio climático al absorber más dióxido de carbono o donde los medicamentos se puedan ajustar a cada persona, pues esto, es lo que hace décadas, un grupo de jóvenes investigadores visionarios en Ciudad de México se aventuraron a descubrir. Estos jóvenes se reunieron con Randy Rettberg, coordinador del proyecto iGEM del MIT, y Genaro Martínez, investigador del ESCOM para investigar sobre los sistemas autómatas celulares aplicados en sistemas biológicos. Tenían como objetivo poder demostrar la presencia de patrones Turing en ellos.

Equipo iGEM 2006 IPN-UNAM. Imagen de https://www.comunidad.escom.ipn.mx/genaro/Papers/iGEM_Mexico_files/bulletin-1.pdf

Su aportación y entusiasmo dentro de la comunidad, no han sido olvidados, y por el contrario, queremos que las personas sepan sobre la importancia que han tenido, ya que su trabajo, o el de cualquier otro grupo competente mexicano, tiene la capacidad de extenderse a otros, permitiendo que en conjunto, se pueda crear algo significativo en el área de la biología sintética, y ello es necesario, fundamental e inspirador para construir un mundo que tenga a su disposición las herramientas necesarias para un desarrollo sustentable en varios países.

Crecimiento de los equipos en la competencia iGEM. Imágen de https://en.wikipedia.org/wiki/International_Genetically_Engineered_Machine#

La comunidad iGEM surge de la visión de Tom Knight y Randy Rettberg en aplicar principios de ingeniería a sistemas biológicos, ambos quisieron averiguar si era posible trabajar sobre sistemas biológicos de la misma manera en la que se podían hacer instalaciones de sistemas computacionales. Desde 1970, Tom Knight tuvo la idea de catalogar partes biológicas a partir de su trabajo en Texas Instruments TTL Data Book, que más tarde pasaría a ser los BioBricks, los cuales detalló en la publicación, “Idempotent Vector Design for Standard Assembly of Biobricks” (2003), considerada parte de la historia fundamental para la biología sintética.

En ese mismo año, se inició formalmente con la primera competencia iGEM, aunque de manera interna, en la que se exploró los sistemas biológicos diseñados para hacer a las células destellar usando un represilador. Esta investigación no pudo cumplir con todos los objetivos propuestos, no obstante, sirvió como inicio para la revolución de biología sintética.

A partir del siguiente año, iGEM implementó la competencia durante el verano del 2004, abierta para equipos externos de la institución pero dentro del país, además, incluyeron los valores humanitarios. Para el 2005, la competencia incluyó equipos de Alemania, Canadá, Reino Unido y Estados Unidos. A partir de este momento, la comunidad empezó a crecer más y más, hasta llegar en el 2023, a 393 equipos participantes de 44 países.

Ya se mencionó con anterioridad, el primer grupo iGEM en México implementó una línea de investigación con el título “Biological implementation of algorithms and unconventional computing”. La misma consistió sobre el desarrollo de una cascada de señalización genética para producir un sistema de expresión/represión de proteínas de fluorescencia verde en Escherichia coli, en la cual se incorporó varias disciplinas del conocimiento como la biología célular y sintética, la teoría de la computación, teoría gráfica y lenguajes formales. Su objetivo fue la generación de un lenguaje formal mediante el uso de modelos para identificar patrones genéticos en procesos biológicos, y para ello, se utilizaron células fluorescentes. Se usaron tres modelos que describen los procesos, por medio de un autómata celular, mediante cálculos basados en reacción-difusión, y por el uso de la teoría de juegos. Su esfuerzo en esta investigación permitió hacer conciencia sobre la posibilidad de utilizar autómatas celulares en otros proyectos, así como una llamada de atención para revisar otras áreas como la realidad virtual en la simulación biológica, la simulación y la creación de sistemas biológicos, circuitos genéticos simples y patrones de Turing, y entre otros.

Por otro lado, queda por hablar acerca de la sobresaliencia de un grupo reciente mexicano. El equipo TEC-Chihuahua en 2023 fue reconocido con una medalla de oro y doble premio, por su línea de investigación, “AuroBoros: Recombinant Antibiotics as The Future of Non-Antibiotic Bovine Mastitis Treatment”, como proyecto de la categoría de nutrición y mejor comida, el cual consiste en la creación de tratamientos antibióticos alternativos para la mastitis bovina por medio del uso de dominios de unión a albúmina y endolisinas, las cuales son lisinas derivadas de los bacteriógrafos, y que atacan principalmente a las bacterias presentes en el alimento bovino. Lo anterior es posible debido a que las bacterias son capaces de romper las paredes celulares de las bacterias compuestas por peptidoglicanos, haciendo estallar a estos agentes infecciosos. Los efectos de estas enzimas son atractivos debido a su efectividad sobre variantes resistentes a antibióticos. Gracias a su investigación, se propuso una nueva forma de combatir las infecciones de mastitis bovina y la reducción de costos en producción de leche por la aplicación de las endolisinas por infusión intramamaria aprovechando una solución hidrogel como medio transportador.

Equipo TEC-Chihuahua en 2023. Imágen de https://2023.igem.wiki/tec-chihuahua/team

La relación entre ambos equipos quizá no sea tan notoria, y a decir verdad, la calidad y alcance de los proyectos mejoraron con el tiempo (fue en 2020 en donde se empezaron a demandar que los trabajos estuvieran relacionados con los objetivos de desarrollo sustentable de la ONU), por lo que las diferencias son más distintivas, pero ya desde el inicio se dieron pistas para ello, después de todo, si hay algo que en la comunidad iGEM todos terminan por escuchar, es sobre los BioBricks. Estos se definen como secuencias de ADN estandarizadas usadas en el diseño de circuitos genéticos, y en ambas investigaciones se incorporaron mediante la creación de proteínas y ARN de una manera innovadora, por un lado, el primer equipo los aprovechó para el diseño de plásmidos en el sistema celular de E. Coli para obtener la cascada de señalización que fuera posible de predecir bajo sus tres modelos, su introducción ayudó a construir sitios de reconocimiento para enzimas de restricción específicas así como para facilitar el proceso de la PCR, y por el otro lado, el equipo chihuahuense utilizaba la secuencia BBa_J435330 para acentuar ciertas propiedades en el método de montaje Golden Gate como una alta capacidad de replicación, resistencia antibiótica y maniobrabilidad, e igualmente se consideraron por sus altos niveles de transcripción y regulación eficaz dado a la combinación presente del promotor T7 y regiones regulatorias LacO. Por esto, ambos equipos han estado fomentando y desarrollando la educación sobre los BioBricks con su trabajo y publicación de resultados en la comunidad de iGEM y México, y recientemente, hay un equipo que directamente participa positivamente el sector de la agricultura.

¿Qué podría esperarse para el futuro de los próximos equipos iGEM a concursar en los próximos cinco años? ¿Puede beneficiar ello a nuestro país?, las respuesta a estas preguntas quizá tomen la escritura de todo un nuevo artículo o todo un ensayo, no obstante, es fascinante especular brevemente a sabiendas de lo que ya se conoce de las investigaciones pasadas, actuales y las tendencias del mercado en estos años. Con base al éxito de ciertas compañías, será casi seguro que la biología sintética en general se aferre más a los objetivos de desarrollo sostenible de la ONU, de acuerdo con Voigt, C. (2020), para el 2030 la mayoría de personas en el planeta habrán tenido contacto con al menos un producto derivado de las investigaciones en el área de la biología sintética, avances recientes que ya son accesibles desde 2021 para el público general son la carne hecha con plantas de la empresa The Impossible Burger, la cual es capaz de reducir los gases de efecto invernadero en su producción, así como una menor necesidad de ocupar más área de tierra fértil, o también, está el fertilizante nitrogenado biológico PROVEN para el maíz hecho por la empresa Pivot Bio, que consiste en utilizar bacterias para la producción de nitrógeno que ayuda a un incremento en la producción del maíz. Con emoción, también se debiera introducir a Scope Bioscience, una empresa dedicada al diagnóstico portable de anomalías en los cultivos como infecciones por medio de una detección precisa de ácidos nucléicos in situ con tecnología CRISPR-Cas, cabe recalcar que la empresa empezó como start up en iGEM y en 2022 recibió € 2.2 millones del programa EIC transition para continuar desarrollando su producto. De acuerdo con McKinsey Global Institute (2020), el impacto de la biología sintética en beneficios económicos podría representar una ganancia de 1.7 billones de dólares entre 2030 y 2040, esta área tiene un potencial enorme para expander diversos mercados de agricultura, medicina y manufactura, lo que también afecta positivamente al desarrollo de un país y en la prevención de desastres como el calentamiento global y las demandas de una población creciente. Partiendo del éxito de los productos de diversas empresas synbio, si la comunidad iGEM continúa trabajando con diferentes líneas de investigación relacionadas a estos sectores del mercado, será cada vez más fácil alcanzar la visión que el instituto tiene para la siguiente década, y parte de ese trabajo también incluye a equipos de investigación mexicana, que con esfuerzo continuo puedan traer beneficios enormes para nuestro país y el mercado internacional. Por lo tanto, pudiéramos especular, para el mejor de los casos y sin consideración de otras cosas, que la emergencia de componentes biológicos y técnicas de detección serán cada vez más integradas en la sociedad en las siguientes años como una forma de poder utilizar las materias primas y los terrenos disponibles inteligentemente, aumentando las ganancias de sectores clave para el desarrollo y el crecimiento de la población humana, y previniendo desafíos globales como la emisión de gases y la falta de recursos para consumo mundial, para un desarrollo internacional del cual se puede beneficiar México y sus comunidades.

CTO Jurre Steens (izquierda) y CEO Niek Savelkoul (derecha) de Scope Biosciences. Imágen de https://start-life.nl/scope-biosciences-secures-e2-5-million-eic-transition-grant/

En síntesis, la comunidad científica y universitaria mexicana necesita continuar explorando las oportunidades que la biología sintética ofrece para el desarrollo, sostenibilidad y el mercado de un país, a conocer que se puede trabajar sobre investigaciones empezadas por gente de nuestra misma nacionalidad (como el caso de AuroBoros) o en colaboración con gente de otros países, que es posible tener éxito con ellas y que pueden terminar con el reconocimiento de otros organismos externos, que uno tiene la capacidad de frenar desafíos como el calentamiento global y la carencia creciente de recursos naturales en conjunto con otras personas por medio de un área innovadora, y que la educación en materia de ciencias naturales y tecnología puede mejorar para el bien de todos en las siguientes décadas, pues queda muchos sectores como la agricultura, la medicina y la manufactura que necesitan de nuevas tecnologías y productos que mejoren y aumenten el nivel de producción eficientemente para demandas mundiales. Por ello, las investigaciones de la comunidad iGEM pueden ser un paso más para cumplir con estas visiones, y con suerte, en un futuro no muy lejano la humanidad pueda vivir mejor y sin la incertidumbre de si pronto el mundo irá en rápido declive.

Referencias bibliográficas:

• https://www.comunidad.escom.ipn.mx/genaro/Papers/iGEM_Mexico.html#:~:text=La%20primera%20participaci%C3%B3n%20del%20grupo,Pablo%20Padilla%20Longoria%20del%20IIMAS.
• https://www.comunidad.escom.ipn.mx/genaro/Papers/iGEM_Mexico_files/ESCOMiGEM2006.pdf
• https://conecta.tec.mx/es/noticias/chihuahua/emprendedores/igem-tratamiento-para-ganado-lechero
• https://blog.igem.org/blog/2019/9/18/what-is-igem-part-3
• https://dspace.mit.edu/bitstream/handle/1721.1/21168/biobricks.pdf?sequence=1&isAllowed=y
• https://theses.ncl.ac.uk/jspui/handle/10443/1873
• https://www.nature.com/articles/s41467-020-20122-2
• https://2023.igem.wiki/tec-chihuahua/experiments#zeroRound
• https://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0188-95322019000100009
• https://scopebio.com/news/scope-biosciences-secures-25-million-eic-transition-grant-to-revolutionize-point-of-care-diagnostics-with-the-crispr-cas-based-scopedx-platform
• https://www.weforum.org/agenda/2021/11/synthetic-biology-can-benefit-all-expert-explains-how/
• https://www.alliancebernstein.com/library/the-synthetic-biology-revolution.htm