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  • Publicación: 14 de septiembre de 2010

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Biología sintética y cáncer: explorando las posibilidades

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Un marcador en gel de agarosa utilizado para separar ADNExpertos en biología sintética están utilizando técnicas de química, bioingeniería y biología para sintetizar y rediseñar componentes biológicos que permitan comprender y tratar mejor enfermedades como el cáncer.

Hace diez años, los investigadores crearon los primeros dispositivos (interruptores y reguladores) considerados ampliamente los precursores del campo de la biología sintética. En la década que ha transcurrido desde entonces, los avances en genómica y síntesis química del ADN, entre otras áreas de estudio, han llevado a la creación de nuevas herramientas para investigar y comprender el comportamiento de los sistemas biológicos. Algunos investigadores creen que ahora es el momento idóneo para utilizar estas herramientas en los nuevos esfuerzos de la lucha contra el cáncer y otras enfermedades.

Para explorar la manera en que estas herramientas pueden ser utilizadas, el NCI y el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales organizaron un seminario en abril llamado “Biología sintética y Biomedicina: Avances, Panorama y Desafíos”. El encuentro reunió a líderes expertos en este campo en Bethesda, Maryland, para analizar todos los aspectos, desde tecnologías de punta y sus posibles aplicaciones en la investigación contra el cáncer hasta las cuestiones éticas que surgen con los nuevos hallazgos. (Ver recuadro).

“El objetivo era ver en qué punto se encuentra el campo de la biología sintética en términos de investigación de tecnologías de punta, y saber de los expertos cuáles son los actuales obstáculos involucrados, especialmente en la aplicación de la investigación básica de la biología sintética en la investigación del cáncer”, dijo el doctor Jerry Li, director de programas de la División de Biología del Cáncer (DCB) del NCI.

El seminario fue presidido por el doctor Drew Endy, del Departamento de Bioingeniería de la Universidad de Stanford y el doctor Aristides Patrinos, presidente de Synthetic Genomics Inc. (La agenda del seminario está disponible en línea).

Aunque existen varias definiciones para la biología sintética, una de las ideas centrales es la creencia de que para comprender realmente el funcionamiento de algo, uno debe diseñarlo. En este sentido, la biología sintética se refiere al diseño y la creación de componentes de sistemas biológicos que no se encuentran en el mundo natural, así como el rediseño y la fabricación de los ya existentes.

“La biología sintética conjuga el conocimiento adquirido en varias áreas de estudio—biología, ingeniería, física, química—y utiliza esta información para intentar rediseñar e idear componentes biológicos”, dijo el doctor Daniel Gallahan, subdirector de la DCB. En las investigaciones del cáncer, estos enfoques podrían revelar nuevos aspectos de la enfermedad y posiblemente conducir a nuevos tratamientos, agregó.

“Mayoría de edad”

El Departamento de Energía de los Estados Unidos y la Fundación Nacional para la Ciencia han subvencionado las investigaciones que utilizan biología sintética para abordar aspectos energéticos y ambientales, pero el NCI todavía no cuenta con un programa de biología sintética. La doctora Dinah Singer, directora de la DCB, declaró a los participantes del encuentro que el NCI estaba interesado en integrar métodos de biología sintética en sus programas de investigación. La misión de la DCB, además de apoyar y coordinar los proyectos de investigación en biología del cáncer, es facilitar el surgimiento de nuevas ideas, conceptos y tecnologías.

“Como parte de nuestros esfuerzos para comprender y tratar el cáncer, el NCI quiere estar preparado para aprovechar todos los avances tecnológicos que surjan de este campo”, dijo el doctor Gallahan. “La tecnología ha llegado a un punto en el cual no solo nos permite comprender el cáncer de diversas maneras”, prosiguió, “sino que también nos puede ayudar a intervenir en esta enfermedad a distintos niveles”.

En un artículo reciente titulado Synthetic Biology: Applications Come of Age, el doctor James Collins, profesor de ingeniería biomédica en la Universidad de Boston y el doctor Ahmad Khalil, investigador posdoctoral en su laboratorio, escribieron que las redes de ingeniería biomolecular están comenzando a avanzar hacia la “fase de aplicación”, inclusive para el cáncer.

Pese a que es necesario realizar más investigaciones “para dilucidar los principios del diseño biológico, esta incursión en aplicaciones prácticas es señal alentadora de que se está llegando a una mayoría de edad en este campo", prosiguieron los autores. Mencionaron el ejemplo de los virus y organismos producidos sintéticamente que son capaces de captar señales del ambiente local como base de la actividad terapéutica.

Esfuerzos preliminares

En el seminario, el doctor Chris Anderson de la Universidad de California, Berkeley, describió los esfuerzos de su grupo para crear células bacterianas que seleccionen e invadan células cancerígenas específicas. Mediante esta ingeniería biológica, las bacterias están diseñadas para liberar enzimas tóxicas que matan a las células huésped una vez que se han introducido en las mismas. Si bien estos experimentos no están listos para ensayarse en seres humanos, muestran las posibilidades que representan los métodos de biología sintética.

Comité presidencial de bioética analiza biología sintética

El 20 de mayo, día en que la revista científica Science publicara un estudio que describía el primer genoma bacteriano sintético, el presidente Barack Obama solicitó a su comité asesor en bioética que se concentre en primer lugar en la biología sintética. En un plazo de seis meses a partir de esa fecha, la comisión emitirá recomendaciones sobre cómo maximizar los beneficios de este nuevo campo científico manteniendo un mínimo de riesgos y el respeto a las preocupaciones éticas. La comisión sostuvo su primera reunión pública de trabajo los días 8 y 9 de julio. Información adicional, transcripciones y la agenda del encuentro se pueden encontrar en línea.

En otro ejemplo, los doctores Ron Weiss, del Instituto Tecnológico de Massachusetts, y Christina Smolke, de la Universidad de Stanford, han diseñado de manera separada interruptores moleculares que podrían utilizarse para construir nuevas señales de redes en el interior de una célula. Estos nuevos dispositivos han sido utilizados de manera experimental para detectar y responder a episodios de señalización celular anómala que pueden asociarse al desarrollo del cáncer.

Si bien esta investigación está en sus fases preliminares, “uno puede vislumbrar que el avance de estos enfoques podría tener aplicaciones en la detección y el tratamiento temprano del cáncer”, dijo el doctor Li.

También en el seminario, el doctor Daniel Gibson, del Instituto J. Craig Venter, describió el trabajo de su grupo tendiente a sintetizar el genoma de una bacteria para trasplantarlo en las células de especies afines. Los resultados de su investigación fueron publicados un mes después en la revista Science. En esencia, el trasplante de un genoma sintético en una nueva célula huésped “reconfiguró” la célula, haciendo que actuara como una bacteria con el mismo genoma, indicaron los investigadores.

“Al cambiar el cromosoma de la célula, se modifica totalmente la célula de una forma a otra”, dijo el doctor J. Craig Venter, el autor principal del estudio. Ambos doctores, Gibson y Venter, enfatizaron que hubo ocasiones en que sus experimentos no siguieron el curso planeado, con lo que tuvieron que rectificar sus métodos con base en la información obtenida.

Esta idea de “aprender sobre la marcha” fue el tema del seminario, ya que otros participantes compartieron relatos similares de sus respectivos proyectos. Aun así, muchos de ellos expresaron optimismo sobre el futuro de este campo.

 “Es un momento apasionante”, dijo el doctor Li. “Cada vez hay más personas interesadas en aprender las aplicaciones de sus conocimientos y destrezas de biología sintética en el área de la biomedicina. Este campo está listo para despegar”.

—Edward R. Winstead