“Si algú volgués fer mal, avui és més fàcil fabricar una bomba que una cèl·lula sintètica”

A la frontera entre la química, la biologia i l’enginyeria, aquest investigador holandès intenta respondre a una de les preguntes més antigues de la ciència: què és el mínim necessari per a considerar una cosa viva, i si és possible construir-ho des de zero.

“Estem a un pas de crear vida”. Així ho afirma Bert Poolman (Avereest, Països Baixos, 1959), un dels pioners de la biologia sintètica bottom-*up, un enfocament que busca construir sistemes biològics des dels seus elements fonamentals. No es tracta de replicar organismes complexos, sinó del bàsic: acoblar, a partir de molècules, sistemes capaços de mantenir-se, créixer i dividir-se per si mateixos.

Catedràtic de Bioquímica en la Universitat de Groningen i membre de la Reial Acadèmia Neerlandesa d’Arts i Ciències (KNAW), Poolman és un referent en bioenergètica microbiana i transport de membrana. En el seu laboratori desenvolupa models cel·lulars sintètics que intercanvien energia i matèria amb l’entorn i mantenen condicions internes estables, propietats essencials dels sistemes vius.

Després de la seva conferència de clausura del curs de la Universitat Internacional Menéndez Pelayo (UIMP) L’enginyeria de la biologia com a tecnologia transformadora, Poolman va conversar amb SINC el passat 29 d’agost a Santander sobre les aplicacions de la seva recerca, el concepte de la vida i fins a on hauria d’arribar aquesta disciplina.

Per a mi, la vida significa que un sistema pot mantenir-se a si mateix: que sigui autònom, que pugui créixer alimentant-se de molècules de l’entorn, replicar els seus components i dividir-se

Què és la vida per a vostè?

Per a mi, la vida significa que un sistema pot mantenir-se a si mateix: que sigui autònom, que pugui créixer alimentant-se de molècules de l’entorn, replicar els seus components i dividir-se. És una definició molecular mínima del que és la vida i crec que serà, en un primer moment, la forma de vida més avançada que potser som capaces de crear. Se li poden afegir sistemes que percebin l’entorn, que es comuniquin entre si o que evolucionin. Però el realment complex és aconseguir que un sistema creixi, es divideixi i que les cèl·lules filles tornin a créixer i dividir-se.

Fa uns 4 000 milions d’anys això va ocórrer per primera vegada a partir de molècules en l’aigua. Hem après alguna cosa des de la bioingeniería sobre aquests començaments?

No tenim ni idea de com va ocórrer. Sabem que a partir de gasos simples (amoníac o monòxid de carboni, entre altres) es poden formar aminoàcids i sucres simples, coneixem com es generen els blocs de construcció bàsics. El problema ve després: com, a partir d’ells, es formen proteïnes i àcids nucleics. Unes certes superfícies minerals poden catalitzar la polimerització, de manera que aminoàcids sobre una superfície poden formar pèptids simples, que al seu torn poden convertir-se en proteïnes. És plausible que hagi ocorregut, però no ho sabem. El gran salt és com es va combinar tot això i va sorgir un sistema genètic capaç d’emmagatzemar informació.

Alguns creuen que no hauríem de ser massa ADN-cèntrics en pensar en l’origen de la vida. Hi ha altres escenaris possibles, com a sistemes de molècules polimeritzades sobre superfícies i concentrades que ja realitzaven catàlisi complexa, si bé encara no es repliquessin

Què sabem sobre com va aparèixer aquest sistema?

Una de les teories més conegudes és que abans de l’ADN va existir l’ARN, capaç tant d’emmagatzemar informació com de catalitzar reaccions. Aquesta idea és atractiva, però no hem avançat massa: només s’han aconseguit molècules petites que poden autoreplicar-se, lluny fins i tot de les formes de vida més elementals.

Per això, alguns creuen que no hauríem de ser massa ADN-cèntrics en pensar en l’origen de la vida. Existeixen altres escenaris possibles, com a sistemes de molècules polimeritzades sobre superfícies i concentrades que ja realitzaven catàlisi complexa, si bé encara no es repliquessin. Però probablement no ho sabrem mai, és molt difícil obtenir evidències experimentals de fa 4.000 milions d’anys. En qualsevol cas, per a mi el fonamental és entendre millor la biologia.

Per què?

Soc bioquímic, i la bioquímica consisteix a treballar amb molècules. La biologia cel·lular, en canvi, és molt complexa. Per a mi, una cèl·lula és una “caixa negra”. El que fem és situar-nos en un punt intermedi: prendre molècules i construir sistemes complexos, però no tant com una cèl·lula real, per a entendre millor aquesta complexitat.

La nostra cèl·lula serà molt distinta de les actuals: combinarà proteïnes i àcids nucleics de bacteris, llevats i cèl·lules humanes per a aconseguir funcions concretes, i espero que compleixi la meva definició de vida: créixer, dividir-se i mantenir-se

Llavors, en què es diferencia una cèl·lula natural de la qual vostè vol crear?

Vull entendre els mecanismes. En biologia hi ha moltes maneres de fer el mateix. Sovint es diu que cada enzim és únic, però en realitat solen ser variacions sobre un mateix tema. A mi m’interessa entendre aquest tema: què és el mínimament necessari i com es poden fer les coses de la forma més simple.

La nostra cèl·lula serà molt diferent de les cèl·lules vives actuals, encara que estarà composta de proteïnes i àcids nucleics. Utilitzo components de bacteris, cèl·lules humanes o llevats, que mai s’han trobat entre si, però que junts realitzen una funció concreta. Serà una cèl·lula molt distinta, encara que espero que encaix dins de la meva definició de vida: un sistema capaç de créixer, dividir-se i mantenir-se a si mateix.

Què han après sobre la membrana cel·lular en reconstruir-la en cèl·lules sintètiques?

Que no són sols lípids, sinó també les proteïnes que la travessen, i que moltes d’elles fan més coses de les que se’ls atribueixen, no una única funció. En una cèl·lula real, aquesta activitat queda oculta per l’enorme complexitat del sistema. En un sistema més simple, com el nostre, aquestes funcions emergeixen. I si ocorren en cèl·lules sintètiques, és probable que també ocorrin en les cèl·lules de les quals procedeixen aquestes proteïnes.

Existeix risc si s’alliberés una cèl·lula sintètica autoreplicable en el medi ambient?

Els sistemes que estem construint són extremadament fràgils i no sobreviurien fora del laboratori, serien immediatament desplaçats per altres formes de vida. Però no es pot descartar al 100% que qualsevol tecnologia sigui mal utilitzada mitjançant un ús deliberat en el futur. Per això, altres grups treballen en mecanismes de seguretat, en una espècie de “botó vermell” per a evitar-ho; en el nostre consorci també treballen experts en ètica, filosofia i seguretat. Dit això, el que fem és molt complex: si algú volgués fer mal, avui dia és més fàcil fabricar una bomba atòmica que construir una cèl·lula sintètica.

Els sistemes que estem construint són extremadament fràgils i no sobreviurien fora del laboratori, serien desplaçats per altres formes de vida. Però no es pot descartar al 100% que qualsevol tecnologia sigui mal utilitzada mitjançant un ús deliberat en el futur

Diu que poden produir ATP [el combustible cel·lular] amb només quatre proteïnes, enfront de les cent que necessita una cèl·lula viva. Per què aquestes són menys eficients?

Els sistemes vius no estan necessàriament optimitzats per a la màxima eficiència. Nosaltres produïm ATP de forma molt simple, però només a partir d’una molècula, l’arginina. Les cèl·lules vives ho fan de manera molt més complexa, no perquè produeixin millor l’ATP, sinó perquè poden usar gran varietat de fonts d’energia.

Quines aplicacions podria tenir aquesta tecnologia en l’àmbit de la salut?

En l’alliberament dirigit de fàrmacs mitjançant sistemes de vesícules capaces de detectar l’entorn (com a canvis de pH) i alliberar el seu contingut sol on han de fer-ho, per exemple, prop d’un tumor, on el pH sol ser més baix. Hem treballat en això, encara que moltes idees que sonen molt prometedores sobre el paper no sempre aporten un benefici addicional quan es proven en sistemes vius.

També hi ha línies de recerca en cèl·lules beta per al control de la insulina i en immunologia sintètica, si bé encara en fases primerenques. L’avantatge del nostre enfocament és que no treballem amb la “caixa negra” d’una cèl·lula, sinó amb sistemes més simples i controlables, la qual cosa permet dissenyar millor les seves funcions.

Hi ha recerques en alliberament dirigit de fàrmacs amb vesícules sensibles a l’entorn, i també en cèl·lules beta per al control d’insulina i en immunologia sintètica, si bé encara en fases primerenques

Quina és la seva expectativa?

Una vegada que ho aconseguim, les aplicacions poden ser enormes, però el més probable és que les més importants sorgeixin de manera accidental. Un exemple és la seqüenciació per nanoporos [tècnica de lectura genètica en temps real]: estem adaptant el nostre sistema de producció d’energia per a millorar les lectures llargues d’ADN, la qual cosa permetria analitzar millor regions repetides del genoma, implicades en moltes malalties. És una aplicació en la qual no havíem pensat inicialment i que va sorgir del diàleg amb altres camps. Per això la col·laboració interdisciplinària és clau: sovint no coneixem les preguntes més rellevants anés del nostre propi àmbit.

Quin potencial tenen aquestes tecnologies per al clima o l’energia?

Existeixen grups que treballen en la captura de CO₂ i en biocombustibles (com el butanol) amb resultats prometedors a petita escala. El problema és l’escalabilitat: per a tenir un impacte real en clima o energia farien falta volums i costos que avui no sabem com aconseguir. A diferència de les aplicacions mèdiques, on l’escala no és tan crítica, en aquests àmbits probablement serà necessari combinar cèl·lules sintètiques amb química clàssica perquè resulti viable.

Ja es treballa amb organoides basats en cèl·lules vives, i és raonable imaginar que en el futur es fabriquin òrgans o subestructures cel·lulars de manera sintètica

Àlien, Terminator, Westworld… La creació de teixits, formes de vida complexes o humanoides continua sent ciència-ficció?

La creació de teixits és un objectiu plausible. Ja es treballa amb organoides basats en cèl·lules vives, i és raonable imaginar que en el futur es fabriquin òrgans o subestructures cel·lulars de manera sintètica.

Però humanoides, espècies vives completes de tipus mamífer… no crec que hàgim de fer-ho. Tampoc sabria com, però en algun moment també hem de saber on parar. Encara que, de nou, pot haver-hi persones que pensin en aquesta direcció. En tot cas, ni tan sols estic 100% segur que anem a aconseguir la cèl·lula que hem promès construir, i serà una cèl·lula molt simple. Crear una cosa tan complexa com vostè és una cosa molt llunyana. I, sincerament, tampoc vull pensar massa en això.

Font: SINC

(9)