El 20 de Mayo de 2010 Craig Venter anunció que se había creado el primer genoma sintético auto-replicativo y que una vez insertado en el interior de una bacteria el genoma sintético era capaz de controlar el comportamiento metabólico del huésped. Años antes, en un día caluroso de verano y con todo el boato que se merecía, se puso de manifiesto que por primera vez se había logrado descifrar el código genético humano mediante la lectura de los 3 mil millones de letras que formaban la molécula de DNA. El anuncio de la lectura de la molécula de DNA humano ponía de manifiesto que se había cruzado un puente hacia una nueva era de la biología. Collins estableció que la nueva era de la biología no se restringía a un aumento en la cantidad de conocimientos sino que implicaba que se entraba en una etapa en la que mediante la lectura del DNA se podrían diseñar nuevos fármacos y se abría el paso a diseñar nuevos derroteros terapéuticos personalizados. El anuncio de Collins y de Venter fue noticia en todo el mundo e inundó los más diversos medios de comunicación. 


En realidad la afirmación de que el siglo XXI sería el siglo de la biología no se deducía de una tesis más a o menos gratuita o iluminada sino que era consecuencia de la conjunción de un enorme cúmulo de conocimientos que hasta ese momento se habían ido esparciendo y cimentando durante la primera y segunda mitad del siglo 20. La verdadera transformación se centraba en el hecho de que a partir de este momento los conocimientos podían traducirse en instrumentos operativos. Ya en 1978 se había anunciado la llegada de una “nueva era de la biología” a la que se le dio el nombre de “sintética” porque se podrían sintetizar moléculas de DNA con objeto de diseñar genes. Restaba por saber si esos genes serían capaces de dirigir procesos metabólicos. 


Para todos aquellos que han sido espectadores del maravilloso espectáculo que ofreció el desarrollo de la Biología en las décadas ´40-80’, el anuncio de Collins y Venter no era sino el fruto maduro de los conocimientos generados con anterioridad. Curiosamente, no se tenía conciencia de lo que podrían significar aunque se empezaba a vislumbrar que la vida era el resultado ordenado de la interacción de los elementos químicos. Se empezó a soñar que si se podía conocer el modo cómo los elementos químicos transferían la información e interaccionaban entre si, y que si se pudieran sintetizar químicamente tales elementos químicos, se podría diseñar la vida de una manera similar a como se diseña un edificio. Bastaba componer el plano y colocar las piezas según el diseño. Más aún, los comportamientos vitales se podrían controlar dado que los genes controlaban la fisiología del sistema mediante el control de las rutas metabólicas.


La reacción social al anuncio de Collins fue de sorpresa y asombro. La reacción al anuncio de Venter fue también de sorpresa y asombro, pero con otros tonos, y no se hizo esperar: se levantó toda una gama de alarmas desde entusiasmos alumbrados a exclamaciones de incertidumbre: ¿Qué quería decir este anuncio? ¿Significaría un cambio significativo en lo que entendíamos hasta este momento por Biología o simplemente era un anuncio más de los muchos a los que últimamente estamos acostumbrados a escuchar y que se olvidaría a los pocos días de su anuncio? Para algunos el anuncio de que la transferencia de unos genes a una bacteria podían alterar el fenotipo y hacer que el huésped desempeñase unas funciones determinadas, era la confirmación de que la vida no era sino el fruto del juego de relaciones digitales entre moléculas. También en biología entrábamos en la era digital como había anunciado la informática. Afirmaciones sobre potenciales riesgos y beneficios invadieron el mundo científico y no científico.


Aunque la barrera existente entre el mundo inorgánico y el orgánico, convertida en dogma durante muchos siglos, se había roto con la síntesis de la urea por Whöler, se pensaba que la barrera existente entre el mundo orgánico y el viviente parecía todavía subsistir y que subsistiría aun después de esta primera ruptura pues la materia viva y la materia no-viva pertenecían a ordenes ontológicos diferentes. No había posibilidad de paso de una esfera a otra. La ruptura de la barrera entre lo inorgánico y lo orgánico, efectuada por la síntesis de la urea, podría parecer un hecho insignificante cuando se le compara con la generación de una molécula de gran complejidad como el genoma sintetizado por Venter. Pero, en realidad no es así si nos trasladamos al momento en que Whöler, en el 1828, presentó sus experimentos. Otros investigadores habían fracasado en su intento y de hecho, en torno a la síntesis de la urea, se levantaron toda clase de especulaciones tanto científicas como filosóficas. ¿Estábamos ante el inicio científico de la alquimia? 


¿Se podría crear materia viva a partir de materia no viva? ¿Cuál es la diferencia entre la materia viva y no-viva? ¿Los elementos que forman la materia viva serían diferentes a los elementos que formaban la materia no-viva? La lógica de la que emergían tales preguntas parecía aplastante puesto que ¿no era verdad que científicamente hablando había que suponer que el origen de la materia viva debería haber procedido de algo no vivo a menos que se admitiera que la materia viva había existido siempre junto a la no viva? Puesto que esta segunda afirmación no podía ser mantenida científicamente habría que suponer que se podría construir vida de no-vida. Pero ese no era el problema fundamental. Supongamos que se pudiera construir vida de no vida, la pregunta sería: Y ¿Cómo? Whöler dio el primer paso. De hecho, la ruptura de esta primera barrera ha dado lugar a una floreciente e industriosa revolución que ha invadido aún el mundo de la medicina para entrar en la era de la Farmacología y Biomedicina. Tanto influyó el anuncio de Venter que algunas mentes llegaron a ver en el tejido social vestigios de comportamientos de tipo biológico y que resortes de este tipo podrían influir en lo social. Así, el siglo 21 sería el siglo de la Biología e igualmente el siglo de la Antropología biológica al poder controlar con moléculas químicas el comportamiento humano. Lo que se había hecho con una bacteria, ¿podría hacerse con un huésped más complejo?


Aunque Venter utilizó la palabra “crear vida”, en el ambiente científico todos entendimos lo que en realidad había hecho o había querido decir: Venter había sintetizado un genoma capaz no solo de dirigir las funciones de la bacteria sino que podía auto-replicarse en su interior dado que el huésped con su maquinaria citoplasmática era capaz de expresar los genes presentes en el genoma sintetizado, y mediante su expresión era capaz de controlar su metabolismo. El genoma controlaba rutas metabólicas pero más aún, la bacteria se controlaba a sí misma utilizando ese genoma. Se podría, entonces, hablar, con toda propiedad, de la creación de un organismo nuevo no existente con anterioridad. 


La pregunta en este caso sería: ¿El organismo que se había generado era el que se había diseñado? No puede olvidarse que el genoma se había insertado dentro de un sistema celular que, en términos de interacción macromolecular y de red de interacciones, es mucho más complejo que el dictado por el genoma nuevo generado por síntesis. El genoma, por si solo, no podría haber hecho “nada” sin la mediación del sustrato citoplasmático de la bacteria. Lo importante era que la información procedente del nuevo genoma sintético podía dirigir las rutas metabólicas de la célula huésped a la que se había insertado. De alguna manera se podía decir que la bacteria huésped adoptaba el nuevo genoma como suyo y el genoma adoptaba el citoplasma huésped como suyo. Las piezas biológicas para generar un organismo eran intercambiables. Así, la biología sintética se podría definir como el diseño y construcción de nuevos sistemas biológicos no naturales y el rediseño de sistemas biológicos naturales ya existentes para lograr desarrollar aplicaciones útiles. En este sentido la Biología sintética es una tecnología especializada en la construcción y unión de sistemas biológicos complejos (Endy, 2005). 


Lo verdaderamente sorprendente era que mediante 1- la unión de bloques químicos elementales se había podido construir una molécula de DNA, que 2- al unirse los bloques la molécula transportaba información y que 3- al interaccionar con otras unidades de la bacteria las informaciones que trasportaba se convertían a su vez en unidades operativas. Hasta entonces los bloques de información venían dados. Lo más que se podía hacer con ellos era aislarlos del organismo donde estaban y ser modificados mediante las técnicas del DNA recombinante desarrollas décadas atrás (ver más adelante referente al desarrollo de vacunas).


El grave interrogante que se le planteaba al mundo científico radicaba en que mientras los códigos de información dados hasta entonces habían sido seleccionados a través de millones de años de evolución y se había testado la interacción entre las moléculas, seleccionando las moléculas informativas no tóxicas, los nuevos códigos generados mediante síntesis no había pasado por el cribado de la evolución y por consiguiente no se conocía si eran beneficiosos o no. Durante muchos años los científicos habían utilizado técnicas de DNA recombinante para diseñar piezas de información genética para insertarlas en otros genomas. Las piezas procedían de un organismo vivo. Los códigos que se habían seleccionado por evolución no deberían, en principio, ser deletéreos. ¿Podrían los genomas que se sintetizaran químicamente ejercer funciones hasta ahora no controladas e incontrolables cuando se enfrentaran con el medio ambiente que sí eran fruto de la evolución? La molécula de DNA que antes había sido sintetizada por un organismo vivo (la bacteria) ahora la sintetizaba una máquina. 


El anuncio de Venter iba más allá de la simple síntesis química de un genoma y de la inserción del genoma en una bacteria. El anuncio puso de manifiesto que se podían conjuntar dos sistemas, uno de gran complejidad interactiva con otro de gran complejidad informativa. El problema era que si esta conjunción y diálogo no se llevaban a cabo con absoluta precisión se podría arruinar tanto el genoma sintetizado como el organismo en el que se insertó tal genoma. Habría que hacer la conjunción con absoluta precisión. No había datos que predijeran a priori el éxito de tales conjunciones. De hecho, no sabemos nada de los fracasos y posibles destrucciones de los genomas sintetizados y de las bacterias huésped. Sí sabemos que en un caso el resultado fue positivo y que si se puede dar un caso se pueden dar más y de hecho se ha confirmado que así es. El reto está en saber diseñar las condiciones para que los genomas y los huéspedes funcionen al unísono. El reto es, por tanto científico, pero lo es igualmente técnico. ¿Tenemos los conocimientos suficientes para diseñar las interacciones entre unidades biológicas capaces de generar organismos nuevos? Por el momento, se puede afirmar que todavía no.


Por tanto, dependiendo de lo que se entienda por vida no sería erróneo afirmar que mediante la conjunción de una información genética exógena y una red de rutas citoplasmáticas, ya existentes, se podría generar un sistema de interacciones entre moléculas que se auto-replicasen y que, por tanto, tuviesen las características fundamentales de lo que llamamos vida. En realidad si contemplamos la diversidad de formas de vida que existe en la naturaleza, tendremos que concluir que el concepto vida no es sino una rica metáfora utilizada para expresar la existencia de un fenómeno homeostático de gran complejidad. Si esto es así, la adjetivación del término vida estaría en función del genotipo y fenotipo del sustrato al que se le atribuye el término vida. No bastaría ni el genotipo ni el fenotipo. Diversidades de vida habían sido generadas por la Naturaleza millones de años antes. El ser humano empezaba a imitar la acción de la naturaleza porque empezaba a entender el modo cómo la Naturaleza lo había hecho. A modo de principiantes, los científicos habían utilizado el DNA para modificar células y organismos. De hecho ha crecido una gran industria basada en la tecnología del DNA recombinante. ¿Con la nueva tecnología basada en la biología sintética, –síntesis química de genomas y una apropiada conjunción de sistemas informativos-, crecería una industria al mismo nivel? 


Teniendo en cuenta lo anteriormente expuesto se puede fácilmente entender que el fin de la Biología sintética es generar, mediante ingeniería de procesos, sistemas biológicos que cumplan funciones diseñadas de antemano. Para que tal fin se lleve a cabo es necesario cumplir dos condiciones: Ser capaz de construir un gen y aún un genoma de gran longitud a partir de sus componentes elementales y lograr que ejerza la función para la que había sido diseñado cuando se le coloca en un ambiente determinado. Mediante la síntesis química se ha logrado construir un gen de gran longitud y aún un genoma de una longitud mucho mayor. Pero, para que la Biología sintética fuera totalmente autónoma tendría que ser capaz de diseñar y construir el sistema complejo donde situar el genoma sintetizado. El primer paso está dado y conseguido. El segundo es mucho más difícil y por ahora está lejos de poder ser conseguido puesto que no conocemos las reglas del juego interactivo que se lleva a cabo entre miles de moléculas. Esto no limita en nada la trascendencia de la Biología Sintética sino que la coloca en el marco donde, por el momento, debe situarse.


El desarrollo, hace poco más de una década, de un sistema de dos redes de genes que funcionan como un interruptor y un oscilador puso en marcha la rápida aparición de la Biología sintética como una rama de la ingeniería biológica de utilidad práctica. Pronto se diseñaron y se construyeron circuitos genéticos cada vez más sofisticados inspirados en la complejidad de circuitos eléctricos (Danino et al., 2010; You, R. et al., 2004) o electrónicos. Lo mismo que las redes físicas, las redes génicas debían complementarse interaccionando al unísono. Los circuitos físicos generan energía. Los circuitos génicos son capaces de controlar el comportamiento celular y el fenotipo. Al fin y al cabo, los circuitos génicos también generan energía. A partir de estos desarrollos se han diseñado y construido circuitos cada vez más complejos y se han comenzado a utilizar estos sistemas en una variedad de entornos, incluyendo la clínica. Igualmente se ha tratado de explorar y explotar la modularidad genética mediante el diseño de rutas biológicas. Obviamente estamos en los albores del empleo de la Biología sintética dado que los circuitos que se han logrado diseñar capaces de desarrollar funciones específicas son todavía de muy limitada complejidad. En Biología los límites están definidos por la complejidad. Cuanto más complejos sean los circuitos interactivos mayor será la especificidad aunque también lo será la incertidumbre en cuanto a su funcionamiento y potencial riesgo. No se debe descartar la posibilidad de introducir en nano-máquinas moléculas de DNA capaces de adoptar conformaciones diferentes y servir como interruptores biológicos y aun de uso industrial. El final de la historia es diseñar funciones.