16.14:

16.14: Biología sintética

Synthetic Biology

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Synthetic Biology

16.13: Chromatin Immunoprecipitation- ChIP

16.15: Ribosome Profiling

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02:55 min

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April 07, 2021

Overview

Synthetic biology is an interdisciplinary science that involves using principles from disciplines such as engineering, molecular biology, cell biology, and systems biology. It involves remodeling existing organisms from nature or constructing completely new synthetic organisms for applications such as protein or enzyme production, bioremediation, value-added macromolecule production, and the addition of desirable traits to crops, to name a few.

Golden rice

Golden rice is a genetically modified rice plant that produces grains rich in β-carotene – a precursor of vitamin A. Rice plants inherently possess the capability to produce β-carotene. However, production occurs only in the leaves as parts of the production pathway are turned off in the grain. Insertion of three genes encoding enzymes-phytoene synthase, phytoene desaturase, and lycopene β-cyclase into the genome of rice plants triggers the production of β-carotene in rice grains.

Artificial genome and organism

The construction of completely new synthetic genomes is relatively more complex than genome remodeling, and several efforts have been made over the years to develop this methodology gradually. In the year 2002, the first artificial viral genome for the poliovirus was synthesized. However, the major breakthrough was the synthesis of a synthetic bacterial genome of Mycoplasma genitalium in 2008. M.genitalium was selected as the organism of choice for developing this methodology because it had one of the smallest genomes with around 485 genes encoded in ~6,000,000 bp of DNA. ~100 of these genes were non-essential and were therefore eliminated to create a minimal synthetic genome.

Using the developed methodology, these researchers went a step ahead and created a synthetic single-celled organism. The genome sequence for this synthetic organism was sourced from Mycoplasma mycoides. Although the genome size of M. mycoides is larger than M.genitalium, it was chosen for this experiment due to its faster growth rate.

Partial synthesis of the genome of a yeast Saccharomyces cerevisiae in the year 2017 is the latest addition to the list of artificially synthesized genomes, and researchers are currently attempting to synthesize human cell line genomes and genomes of other plants and animals. Although synthetic biology has innumerable benefits, there are several ethical concerns surrounding it, including utilization for the development of biological weapons.

Transcript

La biología sintética es una ciencia interdisciplinaria que aplica los principios de la ingeniería a la biología. Se basa en los avances en biología molecular, celular y de sistemas.

La biología sintética tiene como objetivo construir nuevos componentes o sistemas biológicos, como enzimas, células, circuitos genéticos y vías metabólicas que no existen en la naturaleza. Esto se puede hacer rediseñando los genomas de los organismos existentes o sintetizando genomas completamente nuevos.

Dos técnicas cruciales para la biología sintética son la secuenciación del ADN y la síntesis química del ADN. La secuenciación ayuda a estudiar el material genético de los organismos que se encuentran en la naturaleza, mientras que la síntesis química de ADN ayuda a construir secuencias de nuevo diseño para las pruebas.

La biología sintética difiere de la tecnología de ADN recombinante porque implica el uso de secuencias de ADN sintetizadas químicamente en lugar de simplemente recombinar el ADN que se encuentra en otros organismos. La secuencia sintetizada podría estar basada en secuencias encontradas en la naturaleza, o podría ser completamente novedosa.

También es diferente de la ingeniería genética, que implica la transferencia de genes individuales de un organismo o célula a otra, o la edición del genoma, que implica pequeños cambios realizados en el propio ADN del organismo.

En el rediseño del genoma, se insertan en el genoma de un organismo grandes tramos de secuencias sintetizadas artificialmente que codifican múltiples genes. El rediseño suele llevarse a cabo con el objetivo de resolver problemas concretos.

Por ejemplo, la levadura Saccharomyces cerevisiae fue rediseñada utilizando genes bacterianos y vegetales para producir un precursor de un medicamento antipalúdico de bajo costo, la artemisinina.

La biología sintética también incluye el diseño y la construcción artificial de genomas completos. Por ejemplo, el genoma bacteriano de Mycoplasma genitalium fue construido artificialmente, convirtiéndolo en la estructura de ADN sintético más grande.

Esto se hizo sintetizando químicamente y uniendo pequeños casetes de ADN, que se unieron en subconjuntos y, en última instancia, se unieron para formar un solo genoma, utilizando la recombinación homóloga, un mecanismo de reparación del ADN que se encuentra en la naturaleza.

Además, los científicos también han creado una forma de vida sintética: un organismo unicelular que se creó utilizando un genoma sintetizado artificialmente, cuya secuencia se obtuvo de un organismo, Mycoplasma mycoides, que se encuentra en la naturaleza.

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