A Virus-Resistant Organism -- and What It Could Mean for the Future | Jason W. Chin | TED

Traductor: Almudena Torrecilla Revisor: Sebastian Sanchez

So we built a virus-resistant organism.

Hemos creado un organismo resistente a los virus.

Why?

¿Por qué?

It's not about disease, or not directly.

No fue pensando en las enfermedades, o al menos no directamente,

It's about building the clean factories of the future.

sino buscando construir las fábricas limpias del futuro.

Let me explain by taking a big step back.

Dejen que les explique situándome en el principio.

All life runs on DNA.

Toda la vida se basa en el ADN.

DNA codes for proteins, and proteins run life.

El ADN codifica las proteínas, y las proteínas sustentan la vida.

DNA is composed of four bases:

El ADN está compuesto por cuatro bases:

A, T, G and C.

A, T, G y C.

And triplets of these bases, known as codons,

Y los tripletes de esas bases, conocidos como codones,

encode each of the amino acid building blocks in proteins.

codifican cada uno de los bloques de aminoácidos de las proteínas.

The genetic code is a rulebook

El código genético es un reglamento

that defines which codon encodes which amino acid.

que define qué codón codifica qué aminoácido.

So, for example,

Por ejemplo,

the triplet codon TCG encodes the amino acid serine.

el codón TCG codifica el aminoácido serina.

And the order of triplet codons in DNA

Y el orden de los codones en el ADN

encodes the order of amino acid building blocks in a protein.

codifica el orden de los bloques de aminoácidos en una proteína.

There are 64 triplet codons in DNA

Hay 64 tripletes o codones en el ADN

and just 20 common amino acids.

y solo 20 aminoácidos comunes.

And this means that most amino acids

Esto significa que casi todos los aminoácidos

are encoded by more than one triplet codon.

se codifican por más de un codón.

So, for example, the amino acid serine

Por ejemplo, el aminoácido serina

is encoded by six different triplet codons.

está codificado por seis codones diferentes.

And triplet codons that encode the same amino acid

Y los tripletes que codifican el mismo aminoácido

are defined as synonymous codons.

se definen como codones sinónimos.

The DNA code used for life is near universal.

El código de ADN utilizado para la vida es casi universal.

All forms of life and viruses use essentially the same genetic code.

Todas las formas de vida y los virus usan básicamente el mismo código genético,

And that's a trait that we can exploit.

lo cual es un rasgo que podemos explotar.

Here's what we did.

Les contaré qué hicimos.

We asked whether life needs multiple synonymous codons

Queríamos saber si la vida necesita múltiples codones sinónimos

to encode a single amino acid.

para codificar un único aminoácido.

For example, does life need six different codons,

Por ejemplo, ¿la vida necesita seis codones diferentes,

which all code for the amino acid serine?

todos los cuales codifican el aminoácido serina?

We took the four-million-character DNA of E. coli, its genome,

Tomamos el ADN de la bacteria E. coli, un genoma con 4 000 000 de caracteres,

and completely rewrote the code of this microbe

y reescribimos completamente el código de este microbio

in a very specific way

de una manera muy concreta,

by replacing targeted codons in its genome

reemplazando determinados codones en su genoma

with synonymous codons that encode the same amino acid.

por codones sinónimos que codifican el mismo aminoácido.

So for example,

Por ejemplo,

reemplazamos los codones TCG y TCA, que codifican el aminoácido serina,

we replaced the TCG and TCA codons,

which encode the amino acid serine,

with AGT and AGC codons,

por codones AGT y AGC, que también codifican ese aminoácido.

which also encode the amino acid serine.

By doing this across the whole four-million-base genome,

Al recorrer de esta forma los cuatro millones de bases del genoma,

we completely removed the targeted codons from the genetic code of E. coli.

eliminamos todos los codones específicos del código genético de E. coli.

Overall, we compressed the genetic code from using 64 codons to using 61 codons.

Básicamente, comprimimos el código genético de 64 a 61 codones.

How did we do it?

¿Cómo lo hicimos?

We first took the four-million-character code in a computer

Primero introducimos el gigantesco código en una computadora,

and used a find-and-replace operation

y usamos una operación de búsqueda y reemplazo

to replace targeted codons with their synonyms.

para sustituir los codones específicos por sus sinónimos.

This created our new genome design,

Así creamos un nuevo diseño de genoma,

which contained more than 18,000 changes with respect to the original genome.

con más de 18 000 cambios respecto al genoma original.

We then asked whether we could build an organism

Luego nos preguntamos si podíamos construir un organismo

that runs on our synthetic genome design.

que pudiera vivir con genoma sintético.

We built the synthetic genome starting from short pieces of DNA.

Para construir el genoma sintético empezamos por fragmentos cortos de ADN,

These were made by chemistry in a test tube,

usando procesos químicos en un tubo de ensayo,

something that would have been prohibitively expensive to do

algo que habría sido extremadamente costoso de hacer

on this scale just a decade or two ago.

a esta escala hace una o dos décadas.

We then assembled these short pieces of DNA

Después ensamblamos los fragmentos de ADN para formar cadenas más largas,

into longer stretches of DNA,

which we then used to step-by-step replace

que usamos para reemplazar paso a paso

all four million bases of the E. coli genome.

los cuatro millones de bases del genoma de E. coli.

This created the largest synthetic genome ever made.

Y así obtuvimos el genoma sintético más largo que jamás ha sido creado.

And the resulting cell was alive.

Y la célula resultante estaba viva.

Think about that.

Piénsenlo.

We streamlined the genetic code, and yet the cell lived.

Simplificamos el código genético y, aun así, la célula sobrevivió.

We can create life with a compressed genetic code.

Se puede crear vida con un código genético comprimido.

Now because our organism with a compressed genetic code

Ahora bien, como ese organismo con un código genético comprimido

doesn't use all 64 triplet codons to make proteins,

no necesita los 64 tripletes para formar proteínas,

we could remove some of the machinery from the cell

es posible eliminar parte de la maquinaria de la célula

that normally reads the near-universal genetic code.

que normalmente lee el código genético universal.

Specifically, we could remove components of the translational machinery,

En concreto, podríamos eliminar ciertos componentes del mecanismo de traslación,

specific tRNAs,

los ARNt específicos,

that normally read the codons that we've removed from the genome.

encargados de leer los codones eliminados del genoma.

Now, the key point here is that we've created a cell

La clave en este asunto es haber creado una célula

that no longer reads all the codons in the near-universal genetic code.

que ya no lee todos los codones del código genético universal.

Now viruses infect cells.

Los virus infectan las células,

These might be the cells of our bodies

células que pueden ser las de nuestro cuerpo

or single-celled microbes like E.coli.

o microbios unicelulares como E.coli.

They commonly have their own DNA,

Estas tienen normalmente su propio ADN,

which uses the near-universal genetic code

que utiliza el código genético universal

to encode the proteins necessary to make copies of the virus.

para codificar las proteínas necesarias para hacer copias del virus.

But viruses don't have the machinery to read the genetic code in their DNA,

Pero los virus no poseen la maquinaria para leer el código genético de su ADN,

and instead they rely on the host cell, the machinery of the host cell,

y entonces delegan en la célula huésped, en la maquinaria de esta,

to read the genetic code in their DNA

la operación de lectura para poder hacer copias de sí mismos.

and make copies of the virus.

It's these copies of the virus that go on to infect other cells.

Son estas copias del virus las que infectan otras células,

And this is how viruses spread.

y así es como se propagan.

But viruses are unable to make copies of themselves in our new organism

Pero los virus no pueden hacer copias de sí mismos en el nuevo organismo,

because our new organism doesn't have the machinery

porque la célula que creamos carece de la maquinaria

to read all the codons in the DNA of the virus.

para leer todos los codones en el ADN del virus.

The code in the DNA used in the virus

El código del ADN utilizado en el virus

and the host cell's machinery to read that code are incompatible.

y la maquinaria de la célula huésped para leer ese código son incompatibles.

Therefore, the virus doesn’t spread in the new organism,

Por lo tanto, el virus es incapaz de propagarse,

and the new organism is resistant to viruses.

y el nuevo organismo es resistente a los virus.

In fact, we showed that our new organism was resistant to a wide range of viruses,

De hecho, vimos que el nuevo organismo era resistente a una amplia gama de virus,

suggesting that rewriting the genetic code

lo que indica que reescribir el código genético

provides a route to creating broadly virus-resistant life.

proporciona una vía para crear una vida con una alta resistencia a los virus.

By extending the approaches we've developed to other organisms,

Extender los enfoques que hemos desarrollado a otros organismos,

it may be possible to create virus-resistant crops and animals

podría permitir crear cultivos y animales resistentes a los virus

with important applications in agriculture and beyond.

con aplicaciones importantes en la agricultura y otras áreas.

But our advances also provide a foundation

Pero nuestros avances también proporcionan la base

for turning cells into the clean factories of the future.

para convertir las células en las fábricas limpias del futuro.

How?

¿Cómo es eso?

So to explain, let me take another step back

Para explicarlo, permítanme retroceder algunos pasos

to how organisms read their genetic code to make proteins.

para ver cómo los organismos leen su genoma para fabricar proteínas.

Recall that the order of triplet codons in DNA

Recuerden que el orden de los tripletes en el ADN

encodes the order of amino acid building blocks in a protein.

codifica el orden de los bloques de aminoácidos en una proteína.

And it's the translational machinery of cells

Y la maquinaria de traslación que tienen las células

that reads the triplet codons

lee los tripletes de codones

and builds the corresponding sequence of amino acids.

y construye la correspondiente secuencia de aminoácidos.

The translational machinery of natural cells --

La maquinaria de traslación de las células naturales,

including ribosomes,

incluidos los ribosomas,

aminoacyl-tRNA synthetase enzymes and tRNAs --

enzimas aminoacil-tRNA sintetasa y tRNAs,

is a unique and special system for making proteins

es un sistema único y especial para ensamblar proteínas

in which the 20 common amino acids are strung together in a chain.

en el que los 20 aminoácidos comunes se unen en una cadena.

Now, proteins are amazing,

Las proteínas son asombrosas,

but they're just one example

pero son solo un ejemplo

from a vast class of molecules known as polymers,

de una amplia clase de moléculas conocidas como polímeros,

which includes plastics, materials and drugs.

que incluye plásticos, materiales y fármacos.

And the polymer or linear polymer is really any molecule

Un polímero o polímero lineal es realmente cualquier molécula

in which simpler chemical building blocks are strung together in a chain.

en la que los componentes químicos más simples se unen en una cadena.

We wanted to unlock the potential of the translational machinery

Buscábamos liberar el potencial de la maquinaria traslacional

for making plastics, materials and drugs

para fabricar plásticos, materiales y fármacos

that simply can't be made in any other way,

que no se podían obtener por otros medios

or that could be made more cleanly and efficiently

o que se podrían fabricar de forma más limpia y eficiente

using engineered versions of the cell's translational machinery.

utilizando versiones diseñadas de la maquinaria de traslación de la célula.

The building blocks for these polymers

Esos polímeros tienen otros elementos

go well beyond the 20 common amino acids used to make proteins.

aparte de los 20 aminoácidos comunes que fabrican proteínas.

It's been impossible to unlock the potential

Ha sido imposible liberar el potencial

of the translational machinery for making plastics, materials and drugs

de la maquinaria traslacional para fabricar plásticos, materiales y fármacos

for two reasons.

por dos razones.

First, all 64 triplet codons in natural cells

Primero, los 64 codones en las células naturales

are used for making natural proteins,

se usan para fabricar proteínas naturales,

and there are simply no codons available to encode the synthesis of new polymers.

y no quedan codones disponibles para codificar la síntesis de nuevos polímeros.

Second, the natural translational machinery

En segundo lugar, la maquinaria de traslación natural

specifically uses natural amino acids

utiliza específicamente aminoácidos naturales

and simply can't use the chemical building blocks

y no puede usar los elementos químicos necesarios para fabricar nuevos polímeros.

required to make new polymers.

However, a virus-resistant organism

Sin embargo, nuestro organismo resistente a los virus

doesn't use all 64 triplet codons to make proteins

ni usa los 64 tripletes para fabricar proteínas

and doesn't contain the machinery to read the codons

ni contiene la maquinaria para leer los codones

that have been deleted from its genome.

que han sido eliminados de su genoma.

And this cell provides the starting point for genetically-encoded polymer synthesis.

Y una célula así proporciona el punto de partida

para la síntesis de polímeros genéticamente codificados.

To realize genetically-encoded polymer synthesis

Para realizar la síntesis de tales polímeros

in our virus-resistant organism,

en nuestro organismo resistente a virus,

we added synthetic DNA containing the triplet codons

agregamos ADN sintético

que contenía los codones que habíamos eliminado del genoma de la célula

we'd removed from the genome of the cell

and engineered translational machinery to read these codons

y diseñamos un mecanismo para leer esos codones

and reassign them to new chemical building blocks for new polymers.

y reasignarlos a otros elementos químicos para crear nuevos polímeros.

This system can be programmed to make diverse synthetic polymers.

Este sistema se puede programar para fabricar diversos polímeros sintéticos.

By changing the order of the triplet codons

Al cambiar el orden de los tripletes en el ADN sintético,

in the synthetic DNA,

we can change the order of the chemical building blocks

podemos cambiar el orden de los elementos químicos

that we program into the resulting polymer.

que programamos en el polímero resultante.

And by changing the identity of the engineered translational machinery

Y al cambiar la identidad de la maquinaria traslacional que agregamos a la célula,

that we add to the cell,

we can change the identity of the chemical building blocks

podemos cambiar la identidad de los elementos químicos

from which we compose the polymer.

a partir de los cuales obtenemos el polímero.

Overall, we've created a cellular factory

Puedo decir que hemos creado una fábrica celular

that we can reliably and predictably program

que podemos programar de manera confiable y predecible

to make synthetic polymers.

para hacer polímeros sintéticos.

Using our approach, we've already been able to program cells

Gracias a nuestro sistema, ya hemos podido programar células

to make new molecules,

que producen nuevas moléculas,

including molecules from an important class of drugs

incluyendo moléculas de una clase importante de fármacos

known as depsipeptide macrocycles.

conocidos como macrociclos depsipéptidos.

Molecules in this class include antibiotics,

Esta clase de moléculas incluyen antibióticos,

immunosuppressives and anti-tumor compounds.

compuestos inmunosupresores y antitumorales.

We've also been able to program cells to make completely synthetic polymers

También hemos podido programar células

para fabricar polímeros totalmente sintéticos

containing the chemical linkages found

que contienen los enlaces químicos

in several classes of biodegradable plastics.

que se encuentran en varias clases de plásticos biodegradables.

As we build new polymer molecules using our cellular factories,

Según creamos más moléculas de polímero con nuestras fábricas celulares,

we have the opportunity to consider from the beginning

tenemos la oportunidad de considerar desde el inicio

how we might also use engineered biological cells

cómo podríamos además usar células biológicas modificadas

to break these polymers down

para romper esos polímeros en sus elementos químicos constituyentes,

into their constituent chemical building blocks

that could be recycled and used for new encoded polymers.

que podrían reciclarse para crear nuevos polímeros codificados.

We envision a circular bioeconomy

Prevemos una bioeconomía circular

in which our new genetically-encoded plastics and materials

en el que los nuevos plásticos y materiales codificados genéticamente

are manufactured and ultimately broken down

se fabrican y luego se descomponen

using low-energy cellular processes,

utilizando procesos celulares de baja energía,

taking advantage of existing bioreactors and fermenters.

aprovechando los biorreactores y fermentadores existentes.

By taking inspiration from nature and reimagining what life can become,

Basándonos en la naturaleza

y reimaginando a dónde puede llegar la vida,

we have the opportunity to build the sustainable industries of the future.

tenemos la oportunidad de construir las industrias sostenibles del futuro.

Thank you.

Gracias.

(Applause)

(Aplausos)