25 genomes from metastatic melanomas sequenced

Summer is approaching and also good weather, sun and tanning.  We all like to get a flattering skin color but we have to be careful: this week a paper is published in Nature broadening our genetic knowledge about melanoma and also confirming the clear association between excess exposition to sun and the development of this cancer.

Patricia Krentcil and her (biological) daughter

Being very tanned is not always a synonym of beauty (this is clear when looking at the pic of Patricia Krentcil, who became famous after taking her little 5-year-old daughter to the solarium), but besides, too much sun exposure is the perfect ingredient to promote melanoma. Melanoma is the second most common cancer in young adults and it is notable because of its capacity to spread to far tissues and originate new malignant tumors in them (metastasis). If you catch it in early stages it has a very good prognosis, but if you don’t you have less than a 10% chance of surviving more than five years. It is because of these reasons that we need to deepen our knowledge about the molecular mechanisms that transform a melanocyte in a cancerous cell and what mutations are responsible for the aggressiveness of the tumor. All mutations get registered in the DNA sequence of cancer cells: the most important ones that cause and drive the development of the tumor and also those that do not contribute to the development of cancer but bear the imprints of the molecular processes that have generated them and as a consequence inform us about the origin and pathogenesis of cancer.

For the first time, 25 genomes from metastatic melanomas and the corresponding genomes of blood cells from the same patients have been sequenced.  Comparing them, researchers have obtained a genome-wide view of the changes suffered by the cell during cancer process in the different individuals. Melanomas coming from patients with chronic sun exposure contained up to 37 times more mutations than others coming from tissues with low solar exposure.

Besides, the researchers found out that PREX2 gene, that regulates the activity of a tumor suppressor gene, was mutated in a high percentage of the genomes analyzed and that surrounding the place of this gene in the chromosome (locus), there had been observed a considerable number of chromosomal rearrangements, that is, the chromosome was in this point highly disorganized and in many cases it was disordered because of a combination with other chromosomes.

To check if PREX2 is really important in the genesis of melanoma, scientists from MIT introduced human melanocytes containing 6 representative mutations of this gene into immune-deficient mice prone to develop tumors. In 4 out of 6 cases, these mice developed cancer faster than control ones (control mice had been transplanted melanocytes expressing the wild type version of PREX2). This way PREX2 is confirmed as a gene that facilitates the development of tumors in vivo.

Until now, two gene categories were important in cancer: oncogenes (when mutated they gain activity) or tumor suppressor genes (when mutated they lose their function and stop protecting the cell). PREX2 may represent a new gene category, as the mutations affecting PREX2 do not cause loss of function or gain of activity, rather mutations affecting PREX2 produce truncated proteins or protein variants that modify the original function of PREX2 and alter the cellular processes where this gene is involved.

Thanks to this paper, a genomic picture of the alterations suffered by the cell during processes of metastatic melanoma has been obtained. Understanding how these genomic aberrations contribute to the origin and progression of melanoma will help us to design more personalized treatments.  Meanwhile the best option is protecting yourself from the sun and check your skin periodically. Here there is a video that was released by David Cornfield Melanoma Fundation to make young people aware of the problem. The video is very emotional but it gives very good tips.  To those of you who do not want to see the video you can have a look at the abcd of melanoma.

Se secuencia el genoma de 25 melanomas metastáticos

Se acerca el verano y con él el buen tiempo, el sol y el ponernos morenos. A todos nos gusta lucir un bonito bronceado, pero debemos tener cuidado: esta misma semana se publica en Nature un estudio que amplía el conocimiento genético sobre el melanoma y confirma la clara asociación entre una fuerte exposición al sol y el desarrollo de este cáncer.

Patricia Krentcil y su hija (biológica)

Tomar mucho el sol no es siempre sinónimo de belleza (a las pruebas me remito viendo la foto de Patricia Krentcil, que hace poco saltaba a la actualidad pública por llevar al solárium a su hija de 5 años), pero además, un exceso de exposición al sol es el ingrediente perfecto para promover el melanoma. El melanoma es el segundo cáncer más común entre la población joven y destaca por su rapidez para extenderse a tejidos lejanos y originar en ellos nuevos tumores malignos (metástasis).  Si se detecta en las etapas iniciales tiene muy buen pronóstico, pero si el diagnóstico llega tarde el paciente tiene menos de un 10% de probabilidades de supervivencia a 5 años. Es por estas razones que necesitamos conocer mejor los mecanismos moleculares que convierten un melanocito en canceroso y cuáles son las mutaciones responsables de la agresividad del tumor. Todas las mutaciones quedan registradas en la secuencia de ADN de las células cancerosas: las más importantes que causan y dirigen el desarrollo del tumor  y  también las que no contribuyen al desarrollo del cáncer pero que sin embargo nos dan pistas sobre los procesos sufridos por la célula y nos hablan por tanto del origen del cáncer y de su patogénesis.

Por primera vez se han secuenciado los genomas de 25 melanomas metastáticos  y los correspondientes genomas de esos mismos pacientes en sangre (tejido que en este estudio representa un ADN sano).  Comparándolos se ha obtenido una fotografía global de los cambios sufridos por las células durante el proceso de cáncer en los distintos individuos. Así, se ha visto que los melanomas que procedían de pacientes con exposición crónica al sol contenían hasta 37 veces más mutaciones que otros procedentes de tejidos con poca exposición solar.

Además el equipo de investigadores encontró que el gen PREX2, que regula la actividad de un gen supresor de tumores, estaba mutado en un alto porcentaje de los genomas analizados y que en torno al lugar que ocupa este gen (locus), se había observado un número considerable de reordenamientos cromosómicos, es decir, el cromosoma estaba en este punto muy desordenado, en muchos casos por haberse combinado con cromosomas lejanos.

Para  comprobar que PREX2 es importante en la génesis de un melanoma, los científicos del MIT introdujeron melanocitos humanos que contenían 6 mutaciones representativas de este gen en ratones inmunodeprimidos propensos a la generación de tumores. En 4 de los 6 casos se observó que los ratones desarrollaban cáncer con mayor rapidez (en comparación con los ratones control, a los que se les había trasplantado melanocitos que expresaban la versión normal de PREX2). Así, se confirma que PREX2 efectivamente facilita el desarrollo de tumores in vivo.

Hasta ahora en cáncer se hablaba de dos categorías génicas importantes: los oncogenes (que debido a las mutaciones que sufren aumentan su actividad y promueven el tumor) o los genes supresores de tumores, que debido a mutaciones pierden su función y dejan de proteger a la célula.  Con PREX2 puede que estemos ante una nueva categoría genética importante en cáncer, puesto que las mutaciones que afectan a PREX2 no provocan una pérdida de su función ni que gane más actividad, sino que producen proteínas truncadas o variantes de la proteína que modifican la función original de PREX2 y alteran los procesos celulares donde interviene este gen.

Gracias a este estudio se ha obtenido una visión genómica de las alteraciones que sufre el ADN en procesos de melanoma metastático. Entender cómo estas aberraciones genómicas contribuyen al origen y la progresión del melanoma nos ayudará a comprender mejor el funcionamiento de este cáncer y a diseñar tratamientos más personalizados. Mientras tanto lo mejor es protegerse del sol y examinar nuestra piel periódicamente. Os dejo un video que lanzó ya hace un tiempo la David Cornfield Melanoma Foundation para concienciar a los más jóvenes de los peligros del sol.  Intentan claramente tocarnos la fibra sensible pero da buenos consejos.  A los que no queráis ver el video, podéis echarle un vistazo aquí al abcd del meloma.
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Se secuencia el genoma de 25 melanomas metastáticos

Se acerca el verano y con él el buen tiempo, el sol y el ponernos morenos. A todos nos gusta lucir un bonito bronceado, pero debemos tener cuidado: esta misma semana se publica en Nature un estudio que amplía el conocimiento genético sobre el melanoma y confirma la clara asociación entre una fuerte exposición al sol y el desarrollo de este cáncer.

Patricia Krentcil y su hija (biológica)

Tomar mucho el sol no es siempre sinónimo de belleza (a las pruebas me remito viendo la foto de Patricia Krentcil, que hace poco saltaba a la actualidad pública por llevar al solárium a su hija de 5 años), pero además, un exceso de exposición al sol es el ingrediente perfecto para promover el melanoma. El melanoma es el segundo cáncer más común entre la población joven y destaca por su rapidez para extenderse a tejidos lejanos y originar en ellos nuevos tumores malignos (metástasis).  Si se detecta en las etapas iniciales tiene muy buen pronóstico, pero si el diagnóstico llega tarde el paciente tiene menos de un 10% de probabilidades de supervivencia a 5 años. Es por estas razones que necesitamos conocer mejor los mecanismos moleculares que convierten un melanocito en canceroso y cuáles son las mutaciones responsables de la agresividad del tumor. Todas las mutaciones quedan registradas en la secuencia de ADN de las células cancerosas: las más importantes que causan y dirigen el desarrollo del tumor  y  también las que no contribuyen al desarrollo del cáncer pero que sin embargo nos dan pistas sobre los procesos sufridos por la célula y nos hablan por tanto del origen del cáncer y de su patogénesis.

Por primera vez se han secuenciado los genomas de 25 melanomas metastáticos  y los correspondientes genomas de esos mismos pacientes en sangre (tejido que en este estudio representa un ADN sano).  Comparándolos se ha obtenido una fotografía global de los cambios sufridos por las células durante el proceso de cáncer en los distintos individuos. Así, se ha visto que los melanomas que procedían de pacientes con exposición crónica al sol contenían hasta 37 veces más mutaciones que otros procedentes de tejidos con poca exposición solar.

Además el equipo de investigadores encontró que el gen PREX2, que regula la actividad de un gen supresor de tumores, estaba mutado en un alto porcentaje de los genomas analizados y que en torno al lugar que ocupa este gen (locus), se había observado un número considerable de reordenamientos cromosómicos, es decir, el cromosoma estaba en este punto muy desordenado, en muchos casos por haberse combinado con cromosomas lejanos.

Para  comprobar que PREX2 es importante en la génesis de un melanoma, los científicos del MIT introdujeron melanocitos humanos que contenían 6 mutaciones representativas de este gen en ratones inmunodeprimidos propensos a la generación de tumores. En 4 de los 6 casos se observó que los ratones desarrollaban cáncer con mayor rapidez (en comparación con los ratones control, a los que se les había trasplantado melanocitos que expresaban la versión normal de PREX2). Así, se confirma que PREX2 efectivamente facilita el desarrollo de tumores in vivo.

Hasta ahora en cáncer se hablaba de dos categorías génicas importantes: los oncogenes (que debido a las mutaciones que sufren aumentan su actividad y promueven el tumor) o los genes supresores de tumores, que debido a mutaciones pierden su función y dejan de proteger a la célula.  Con PREX2 puede que estemos ante una nueva categoría genética importante en cáncer, puesto que las mutaciones que afectan a PREX2 no provocan una pérdida de su función ni que gane más actividad, sino que producen proteínas truncadas o variantes de la proteína que modifican la función original de PREX2 y alteran los procesos celulares donde interviene este gen.

Gracias a este estudio se ha obtenido una visión genómica de las alteraciones que sufre el ADN en procesos de melanoma metastático. Entender cómo estas aberraciones genómicas contribuyen al origen y la progresión del melanoma nos ayudará a comprender mejor el funcionamiento de este cáncer y a diseñar tratamientos más personalizados. Mientras tanto lo mejor es protegerse del sol y examinar nuestra piel periódicamente. Os dejo un video que lanzó ya hace un tiempo la David Cornfield Melanoma Foundation para concienciar a los más jóvenes de los peligros del sol.  Intentan claramente tocarnos la fibra sensible pero da buenos consejos.  A los que no queráis ver el video, podéis echarle un vistazo aquí al abcd del meloma.
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Genetic engineering in the cinema…

Scientific advances and a good deal of imagination have been common ingredients in great stories of the Seventh Art. Clones have been the favorite resource of many directors: they have been used to recover extinct species, as organ reserves for the rich, as workers in unpleasant missions or simply as a way to improve human race as you like (eugenics). 

As science can be used for good or bad purposes, in 1978 the film The boys fromBrazil is about the evil (and fortunately fictitious) plan of Dr. Mengele to clone Hitler and restore the nazi regime. Four years later, Blade Runner, presented a decadent 2019 where an enterprise (Tyrell Corporation) creates by genetic engineering beings very similar to humans, with better features but emotionally clumsy and not able to feel empathy: the replicants. They are used as slaves in the Space but they are illegal on Earth after a group rebelled against humans in Mars. 

Now six replicants are in Los Angeles and the blade runners are the cops in charge of eliminating them, or as they say, of retiring them. What makes up a human being? In the case of Blade Runner only natural human beings are treated as persons. In Gattaca (1997) however it is the opposite: children conceived the regular way are considered in-valid, while those coming from genetically selected and improved embryos are the ones committed to the social elite. Is our genetic code deterministic? Vincent Freeman, a faith-birth, an in-valid, is convinced of the power of his will, that he can fight against his genetic limits and trick the system to make his dream of travelling to Space come true.

In Space is also set Moon (2009), where Sam Bell is about to return home after a 3-year mission in the far side of the Moon, with the sole company of a robot and the videocalls of her wife. His routine gets interrupted when at the end of the mission he abandons the working perimeter and finds another human being that looks a lot like him. 

While Sam dreams about coming back to Earth, the main characters of The Island (2005) live in a controlled place protected from a global ecological disaster and wish to travel to the island, the only place in the world that escaped the catastrophe and the only way to escape the prison they live in. However it looks like a big secret is hidden behind the idyllic paradise.

Even if a lot of water has flown since 1993, my favorite film is undoubtedly Jurassic Park. Multimillionaire John Hammond has returned to life creatures that got extinguished 65 million years ago. 

The procedure is simple: some of the mosquitoes that bit dinosaurs got trapped in amber, preserving the monster’s blood inside them. Scientists from Jurassic Park extract the DNA from the dinosaur’s blood, amplifying and ordering it afterwards.  Missing fragments are replaced with DNA from frogs. We mix, magic touch and put it all in an ostrich egg from which we will get a little dinosaur after some weeks, all female individuals to control the population. It sounds easy but, is it possible to bring dinosaurs back to life?

Today, 20 years after the premier, it keeps on being an unviable project.  Putting aside the difficulty to find fossilized mosquitoes containing dinosaur’s blood, any 65 million-year-old biological sample won’t be intact but suffering various levels of degradation. Besides it will be contaminated with DNA from other species, like fungi and bacteria. The sequences of the genomes from the different species of dinosaurs are not known and ordering the fragments of DNA found will be a great challenge: multiple samples from different animals will be needed so as to diminish the number of errors in the sequence and to get a viable genome (if it has many mutations the organism won’t survive). If there were missing pieces in the genomic puzzle, we will have to investigate how near relatives (maybe birds instead of frogs) fill in the gaps and complete the picture with the relative’s sequence: complicated!  In addition, it is very difficult to get the right sequence of repetitive regions like telomeres and centromeres even if this could be solved thanks to synthetic biology, that has created artificial fully functional centromeres. Getting the right sequence wouldn’t be enough: the different fragments of DNA should be organized in chromosomes and the number of chromosomes of the different species of dinosaurs is not known. If anyway all these obstacles will be beaten, we will still have to synthesize the chromosomes in the lab. Until now, the biggest genome chemically synthesized is the one of the bacteria Mycoplasma mycoides and any genome from a dinosaur will be undoubtedly bigger. The biggest the sequence is, the most difficult to synthesize it in vitrobecause it tends to nick and break. If despite all these problems we get the dinosaurs chromosomes synthesized, we will still have to introduce them in a nucleus, preferably an ovule that would allow the correct development of the embryo. It looks that bringing dinosaurs back to life is nowadays science fiction. Similar challenges have to be overcome to clone mammoths, even if in this case the biological remains are much better preserved and if there is a close relative alive, the Indian elephant.   However, the regeneration of plants that lived more than 30000 years ago from seeds frozen in permafrost is already a reality: the plasticity of plants makes the process much easier.

Coming back to the cinema, I don’t want to finish this post without mentioning The skin I live in (2011), where Antonio Banderas is Doctor Robert Ledgard, who tries to create a more resistant skin transferring pig genes to human cells. It looks like he is reaching his objective, but who is his human guinea pig?

Science and cinema form a great couple and for sure there are many more examples, which ones are missing?

La ingeniería genética en el cine...

Los avances científicos mezclados con una buena dosis de imaginación han sido ingredientes comunes en grandes historias del séptimo arte. Los clones son  sin duda el recurso favorito de muchos directores. Los han utilizado para recuperar especies extintas, como repuestos infinitos de órganos para lograr la inmortalidad de los ricos, como trabajadores en misiones desagradables para los seres humanos estándar o simplemente como un medio para mejorar la raza humana a gusto del consumidor (eugenesia).

   

Como la ciencia puede utilizarse para el bien y para el mal, en 1978 la película Los niños del Brasil narraba el maléfico (y afortunadamente ficticio) plan del Dr. Mengele para clonar a Hitler y restaurar el régimen nazi.

Cuatro años después, Blade Runnerplantea un 2019 decadente donde una empresa (Tyrell Corporation) crea mediante ingeniería genética seres muy similares a los humanos, con mejores cualidades físicas pero emocionalmente torpes y sin capacidad de empatía: los replicantes. Se utilizan como esclavos en el espacio pero son ilegales en la Tierra después de que un grupo se rebelase en Marte contra los humanos de forma sangrienta. Ahora 6 replicantes están en Los Ángeles y los blade runner son el cuerpo de policía encargado de eliminarlos o en su terminología, de “retirarlos”. 

¿Qué es lo que nos hace humanos?  En el caso de Blade Runner sólo son tratados como personas los seres humanos naturales, los no modificados. En GATTACA (1997) sin embargo el planteamiento es inverso: los niños que se engendran al modo tradicional son considerados no válidos, mientras que aquellos que provienen de embriones seleccionados genéticamente y mejorados son los destinados a la élite social. ¿Es nuestro código genético determinista?  Vincent Freeman, un hijo de la fe, un no válido, está convencido de que no, de que puede luchar contra sus limitaciones genéticas y engañar al sistema para dejar atrás el estigma que le impide cumplir  su sueño: viajar al espacio.  

En el espacio se desarrolla también Moon (2009), donde Sam Bell está a pocas semanas de regresar a casa tras una misión de 3 años en la  cara oculta de la Luna, con la única compañía de un robot y las  videollamadas de su mujer. Su rutina se ve interrumpida al final de la misión cuando un día cualquiera sale del perímetro de trabajo y se encuentra con otro ser humano que además se parece mucho a él.   Mientras que Sam sueña con volver a la Tierra, los protagonistas de La Isla (2005) viven en un recinto controlado protegidos de un desastre ecológico mundial y anhelan ir a la isla, el único lugar del mundo  que escapó a la catástrofe y la vía para acabar con la restricción de libertades a las que son sometidos. Sin embargo parece que un gran secreto se oculta tras el idílico paraíso.

Aunque ha llovido ya mucho desde el 93, mi película favorita del género es sin duda Parque Jurásico. Spielberg nos hizo vivir por unos minutos en un mundo donde los dinosaurios hacían temblar la tierra de nuevo. ¿Cómo devuelven la vida a criaturas que se extinguieron hace 65 millones de años?

El procedimiento parece sencillo: algunos de los mosquitos que en su día picaron a los dinosaurios quedaron atrapados en ámbar, preservando en su interior la sangre del monstruito. Los científicos de Jurassic Park extraen la sangre y de ella el ADN del dinosaurio, que amplifican y ordenan. Los fragmentos que no se han preservado bien los rellenan con ADN de rana. Mezclamos, toque mágico y metemos todo en un huevo de avestruz del que semanas después nacerá nuestro pequeño dinosaurio, todos hembras eso sí, para que no puedan reproducirse por sí mismas y tengamos controlada a la población del parque.   

Parece una tarea sencilla pero ¿es factible? Hoy en día casi 20 años después sigue siendo un proyecto inviable.  Dejando a un lado la dificultad de encontrar mosquitos fosilizados con sangre de dinosaurio  en su interior, cualquier muestra biológica con 65 millones de años no estará intacta, sino que tendrá el ADN más o menos degradado. Además estará contaminado con ADN de otras especies como bacterias u hongos.  No se conoce la secuencia del genoma de los dinosaurios, así que ordenar los fragmentos correctamente supone un gran desafío: se necesitarían múltiples muestras de distintos animales para disminuir los errores en la secuencia y que el genoma sea viable (si tiene muchas mutaciones el organismo no sobrevivirá). Si quedasen huecos en el puzzle genómico habría que buscar un pariente cercano vivo (quizás más bien pájaros que ranas) y comparar sus genes para tratar de encontrar la secuencia que falta: todo un reto.  Por otro lado, en el ADN hay secuencias repetitivas muy difíciles de ordenar, si bien es cierto que la biología sintética ha conseguido producir centrómeros y telómeros artificiales perfectamente funcionales. Conseguir la secuencia perfecta no bastaría: habría que organizar los distintos fragmentos en cromosomas y no se conoce el número de cromosomas de cada dinosaurio.  Si se superasen todos estos obstáculos habría que sintetizar los cromosomas en el laboratorio. Hasta ahora el genoma más grande que se ha sintetizado químicamente es el de la bacteria Mycoplasma mycoides  y el de cualquier dinosaurio sería sin duda mucho más grande. Cuanto más grande es la secuencia a sintetizar químicamente más difícil es mantenerla estable porque tiende a romperse y a perder trocitos. Si aún a pesar de todas las dificultades se consiguiesen cromosomas de dinosaurio, habría que introducirlos en un núcleo celular, preferentemente en el óvulo de alguna especie cercana que permitiese el correcto desarrollo del embrión. Así, parece que devolver a la vida a los dinosaurios es hoy por hoy ciencia ficción. Retos similares deben ser superados para resucitar a los mamuts, aunque en este caso los restos biológicos están mejor conservados y se dispone de un pariente cercano vivo, el elefante indio.  Lo que sí es  realidad es la regeneración de plantas que vivieron hace 30000 años a partir de semillas conservadas en el permafrost: la plasticidad de las plantas allana mucho el terreno.

Volviendo al séptimo arte, no quiero cerrar este post sin mencionar La Piel Que Habito, donde el ilustre Antonio Banderas interpreta al Doctor Robert Ledgard, que trata de crear clandestinamente en su laboratorio una piel más resistente a base de transferir genes de cerdo a células humanas. Parece estar consiguiéndolo pero ¿quién será su cobaya?

La ciencia y el cine hacen buena pareja y  hay sin duda muchos más ejemplos... ¿cuáles más se os ocurren?

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La ingeniería genética en el cine...

Los avances científicos mezclados con una buena dosis de imaginación han sido ingredientes comunes en grandes historias del séptimo arte. Los clones son  sin duda el recurso favorito de muchos directores. Los han utilizado para recuperar especies extintas, como repuestos infinitos de órganos para lograr la inmortalidad de los ricos, como trabajadores en misiones desagradables para los seres humanos estándar o simplemente como un medio para mejorar la raza humana a gusto del consumidor (eugenesia).

   

Como la ciencia puede utilizarse para el bien y para el mal, en 1978 la película Los niños del Brasil narraba el maléfico (y afortunadamente ficticio) plan del Dr. Mengele para clonar a Hitler y restaurar el régimen nazi.

Cuatro años después, Blade Runner plantea un 2019 decadente donde una empresa (Tyrell Corporation) crea mediante ingeniería genética seres muy similares a los humanos, con mejores cualidades físicas pero emocionalmente torpes y sin capacidad de empatía: los replicantes. Se utilizan como esclavos en el espacio pero son ilegales en la Tierra después de que un grupo se rebelase en Marte contra los humanos de forma sangrienta. Ahora 6 replicantes están en Los Ángeles y los blade runner son el cuerpo de policía encargado de eliminarlos o en su terminología, de “retirarlos”. 

¿Qué es lo que nos hace humanos?  En el caso de Blade Runner sólo son tratados como personas los seres humanos naturales, los no modificados. En GATTACA (1997) sin embargo el planteamiento es inverso: los niños que se engendran al modo tradicional son considerados no válidos, mientras que aquellos que provienen de embriones seleccionados genéticamente y mejorados son los destinados a la élite social. ¿Es nuestro código genético determinista?  Vincent Freeman, un hijo de la fe, un no válido, está convencido de que no, de que puede luchar contra sus limitaciones genéticas y engañar al sistema para dejar atrás el estigma que le impide cumplir  su sueño: viajar al espacio.  

En el espacio se desarrolla también Moon (2009), donde Sam Bell está a pocas semanas de regresar a casa tras una misión de 3 años en la  cara oculta de la Luna, con la única compañía de un robot y las  videollamadas de su mujer. Su rutina se ve interrumpida al final de la misión cuando un día cualquiera sale del perímetro de trabajo y se encuentra con otro ser humano que además se parece mucho a él.   Mientras que Sam sueña con volver a la Tierra, los protagonistas de La Isla (2005) viven en un recinto controlado protegidos de un desastre ecológico mundial y anhelan ir a la isla, el único lugar del mundo  que escapó a la catástrofe y la vía para acabar con la restricción de libertades a las que son sometidos. Sin embargo parece que un gran secreto se oculta tras el idílico paraíso.

Aunque ha llovido ya mucho desde el 93, mi película favorita del género es sin duda Parque Jurásico. Spielberg nos hizo vivir por unos minutos en un mundo donde los dinosaurios hacían temblar la tierra de nuevo. ¿Cómo devuelven la vida a criaturas que se extinguieron hace 65 millones de años?

El procedimiento parece sencillo: algunos de los mosquitos que en su día picaron a los dinosaurios quedaron atrapados en ámbar, preservando en su interior la sangre del monstruito. Los científicos de Jurassic Park extraen la sangre y de ella el ADN del dinosaurio, que amplifican y ordenan. Los fragmentos que no se han preservado bien los rellenan con ADN de rana. Mezclamos, toque mágico y metemos todo en un huevo de avestruz del que semanas después nacerá nuestro pequeño dinosaurio, todos hembras eso sí, para que no puedan reproducirse por sí mismas y tengamos controlada a la población del parque.   

Parece una tarea sencilla pero ¿es factible? Hoy en día casi 20 años después sigue siendo un proyecto inviable.  Dejando a un lado la dificultad de encontrar mosquitos fosilizados con sangre de dinosaurio  en su interior, cualquier muestra biológica con 65 millones de años no estará intacta, sino que tendrá el ADN más o menos degradado. Además estará contaminado con ADN de otras especies como bacterias u hongos.  No se conoce la secuencia del genoma de los dinosaurios, así que ordenar los fragmentos correctamente supone un gran desafío: se necesitarían múltiples muestras de distintos animales para disminuir los errores en la secuencia y que el genoma sea viable (si tiene muchas mutaciones el organismo no sobrevivirá). Si quedasen huecos en el puzzle genómico habría que buscar un pariente cercano vivo (quizás más bien pájaros que ranas) y comparar sus genes para tratar de encontrar la secuencia que falta: todo un reto.  Por otro lado, en el ADN hay secuencias repetitivas muy difíciles de ordenar, si bien es cierto que la biología sintética ha conseguido producir centrómeros y telómeros artificiales perfectamente funcionales. Conseguir la secuencia perfecta no bastaría: habría que organizar los distintos fragmentos en cromosomas y no se conoce el número de cromosomas de cada dinosaurio.  Si se superasen todos estos obstáculos habría que sintetizar los cromosomas en el laboratorio. Hasta ahora el genoma más grande que se ha sintetizado químicamente es el de la bacteria Mycoplasma mycoides  y el de cualquier dinosaurio sería sin duda mucho más grande. Cuanto más grande es la secuencia a sintetizar químicamente más difícil es mantenerla estable porque tiende a romperse y a perder trocitos. Si aún a pesar de todas las dificultades se consiguiesen cromosomas de dinosaurio, habría que introducirlos en un núcleo celular, preferentemente en el óvulo de alguna especie cercana que permitiese el correcto desarrollo del embrión. Así, parece que devolver a la vida a los dinosaurios es hoy por hoy ciencia ficción. Retos similares deben ser superados para resucitar a los mamuts, aunque en este caso los restos biológicos están mejor conservados y se dispone de un pariente cercano vivo, el elefante indio.  Lo que sí es  realidad es la regeneración de plantas que vivieron hace 30000 años a partir de semillas conservadas en el permafrost: la plasticidad de las plantas allana mucho el terreno.

Volviendo al séptimo arte, no quiero cerrar este post sin mencionar La Piel Que Habito, donde el ilustre Antonio Banderas interpreta al Doctor Robert Ledgard, que trata de crear clandestinamente en su laboratorio una piel más resistente a base de transferir genes de cerdo a células humanas. Parece estar consiguiéndolo pero ¿quién será su cobaya?

La ciencia y el cine hacen buena pareja y  hay sin duda muchos más ejemplos... ¿cuáles más se os ocurren?

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XNA or synthetic DNA, novel life forms?

The last landmark of synthetic biology has been published this month in Science. A group of scientists has generated synthetic nucleic acids able to store and transmit information and also of evolving, are we in front of novel life forms?

In our cells the molecule in charge of storing and propagating genetic information is DNA (deoxyribonucleic acid). In other systems, like a huge number of viruses, these functions are performed by RNA (ribonucleic acid). Both molecules have chains formed by nucleotides, which are composed of a sugar (deoxyribose in the case of DNA and ribose for RNA), a phosphate group as a linker and a nucleobase that names each nucleotide, A, C, G or T (U instead of T in the case of RNA). Nucleobases are the letters of the genetic alphabet and the different combinations are responsible for biological diversity. Besides, A bonds only to T or U and C only hybridizes to G and the cell uses this property to translate and copy the genetic information.

The six XNA designed (image from Science)

Now an international team of scientists, led by Philipp Holliger and Vitor Pinheiro from MRC, have generated molecules very similar to DNA but built using different sugars: XNA (xeno-nucleic acids, where X represents the different sugars employed). They have produced six different molecules, using not only pentoses (5 carbon sugars as the ones used in the natural nucleic acids) but also sugars of 3, 4 and six carbons. All the XNA generated hybridize to DNA and RNA. Even if biochemically they behave  as normal nucleic acids, XNA are not recognized by natural enzymes and to multiply them Pinheiro and colleagues have designed new polymerases able to synthesize XNAs from a DNA template and others capable of producing DNA from XNA, almost without making any mistake in the replicate. As if that were not enough, one of the XNAs was evolved in the lab to bind specifically and strongly to certain target molecules, that is, to work as an aptamer, being able to affect the cellular function of the target.  In addition, as XNAs are not recognized by the cellular machinery, they cannot be degraded either, giving way to their use as therapeutic agents or biomaterials.

The study published last week in Science opens the concept of biology, exploring alternative life forms, reflecting on the most primitive life molecule and laying the foundations to create new genetic systems, independent of DNA or RNA. The task is not trivial and the next step seems to be the generation of enzymes able to synthesize XNA from XNA, without the intermediary DNA used in this study. Are these breakthroughs dangerous? When asking this question to the expert Gerald Joyce he undoubtedly answers they are not, but he warns that we have to be careful when entering areas that “have the potential to harm our biology”. There is still a lot to do, we will follow their progresses!