Cómo transformar células vivas en ordenadores

Sistemas genéticos realizan operaciones lógicas almacenando datos en el ADN.

Expertos en biología sintética han creado módulos de ADN que realizan operaciones lógicas en células vivas. Estos “circuitos genéticos” podrían utilizarse para registrar momentos clave en la vida de una célula o, activando un interruptor químico, modificar el destino de una célula, anuncian los investigadores. Los resultados se publican esta semana en Nature Biotechnology.

La biología sintética trata de incorporar principios de la ingeniería electrónica en una célula biológica, considerando las funciones de los genes como componentes de un circuito. Con este objetivo, investigadores del Massachusetts Institute of Technology (MIT) en Cambridge, han diseñado un sencillo grupo de módulos genéticos que responden a señales de una forma muy parecida a como la hacen los operadores lógicos booleanos usados en los ordenadores.

DNA

ADN por Erin Campbell


“Estos desarrollos permitirán un avance más rápido en la obtención de células programables con capacidad de tomar decisiones que pueden tener una gran variedad de aplicaciones”, afirma James Collins, biólogo sintético de la Universidad de Boston en Massachusetts, no participante del estudio.

Collins desarrolló el interruptor genético que ayudó a que el campo de la biología sintética apareciese súbitamente hace ya más de una década. Desde entonces, se ha desarrollado una amplia gama de circuitos programables para células, incluyendo un sencillo contador que Collins y su equipo diseñaron en 2009.

Pero “para transformarla en una disciplina sólida de la ingeniería, necesitamos marcos de actuación que permitan programar células en modelos más escalables”, afirma Timothy Lu, biólogo sintético del MIT que ha dirigido este último estudio. “Queríamos demostraros que podemos juntar un montón de elementos básicos en un modelo muy sencillo que ofrezca muchas funciones lógicas posibles”.

Lógica circular

Los módulos lógicos de Lu están basados en plásmidos, cadenas circulares de ADN que se introducen en células de Escherichia coli. Él junto con sus colaboradores diseñaron 16 plásmidos (una para cada función lógica binaria que admite la programación). Cada variedad consta de unas secuencias promotora y terminadora de ADN, que inicia o interrumpe la transcripción genética, y un gen de respuesta que codifica una proteína verde fluorescente.

La clave del sistema está en la utilización de enzimas recombinasas, que cortan y reorganizan las secuencias de ADN promotora y terminadora activándolas o desactivándolas. En otras palabras, las enzimas recombinasas constituyen la señal que determina si el gen de respuesta se transcribe.

Una puerta electrónica “AND”, por ejemplo, lanza una señal positiva solo si la corriente se recibe en las dos entradas que posee. En el modelo genético, el gen de respuesta se transcribe sólo cuando las secuencias terminadoras del gen y la secuencia promotora son neutralizadas por dos señales, a base de enzimas recombinasas.

Lu afirma que, a pesar de que las recombinasas se habían usado de forma similar en el pasado (para escribir información en una memoria de ADN, por ejemplo), este último trabajo lleva la idea un paso más allá, haciendo que el propio ADN forme parte de la programación. “Si el ADN que modificas es un elemento regulador, como una secuencia promotora o terminadora, esto te permite poder controlar algo en la célula. Y es este control el que te facilita la lógica”.

Christopher Voigt, biólogo sintético también del MIT, llama a estos módulos artificiales “una forma muy digital y permanente de almacenar información en el ADN. La lógica puede almacenar gran cantidad de experiencias (por ejemplo, si las células han pasado por dos ambientes diferentes y en qué orden)”.

Voigt afirma que hay otra ventaja con este sistema. “(El cambio) es permanente. Después de que la célula muera, la información puede ser recuperada a partir del ADN”. En realidad, los investigadores encontraron que los plásmidos modificados se heredan a través de por lo menos 90 generaciones celulares (lo que podría ser importante para los biólogos que quieran registrar los momentos clave de los ancestros de una célula).

Lu afirma que este mismo principio podría ser de utilidad en biotecnología. Utilizando formas básicas de estos interruptores personalizables, los fabricantes podrían disponer de cultivos celulares en los que los genes clave se encuentran suprimidos hasta activarse por una señal de un determinado compuesto, asegurando así la producción de un fármaco, por ejemplo, cuando el sistema está a punto. Otros interruptores podrían detener la producción, una vez se ha alcanzado un umbral determinado, comenta Lu.


Autor: Roland Pease
Fecha Original: 13 de febrero de 2013
Enlace Original

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Comments (11)

  1. reneco

    Desde que se inventaron las primeras computadoras se ha hecho el intento de asociarla a los organismos vivientes pero esto no tiene éxito porque un computador es una maquina que entrega resultados determinados, en cambio la vida es un sistema complejo en el cual se crean propiedades emergentes no determinada ni reducible a la conducta de sus componentes

    • Cuánta razón lleva amigo. Elevar la computación al nivel de la vida…, es, al menos una gran osadía. Sin embargo… ¿Cómo podemos negar, las posibilidades reales que existen de que, algún día, esas computadoras lleguen a pensar por sí mismas? Si eso sucede…

      A mí, particularmente, me da mucho miedo un futuro en el que las máquinas sean imprescindibles. En este mismo momento ya casi lo son. ¿Qué haríamos sin ordenadores que mediante sus programas dirigen fábricas, llevan todo el movimiento de las Bolsas del mundo y de los bancos, dirigen los satélites del espacio, llevan a cabo complicadas operaciones quirúrgicas y montan y ensamblan elaborados mecanismos industriales? El mundo quedaría paralizado.

      Y, todo eso, creo, sólo es el principio de lo que se nos viene encima. Pienso en un mundo mucho más avanzado, dentro de 500 – 1.000 años. ¿Qué habrá pasado con los robots?, máquinas cada vez más perfectas que llegaron a autofabricarse y repararse. ¿Cómo evolucionarán a partir de esos procesadores inteligentes de la nanotecnología? ¿Llegarán algún día a pensar por sí mismos? Ahí puede estar uno de los grandes peligros de la Humanidad.

      Siempre me negué a qué las máquinas, por muy avanzadas que pudieran estar, llegaran a tener sentimientos y, por otra parte, ¿no son sólo materia inerte a la que se le incluyen instrucciones de cuál debe ser su comportamiento?

      En fin, amigo mío, que las cosas no están tan claras como nos gustaría y, ese futuro incierto, no sabemos que lugar nos podrá deparar a nosotros los humanos.

      • thorstorm

        Me ha sido inevitable pasar por alto su pregunta retórica, y cito: ‘¿no son sólo materia inerte a la que se le incluyen instrucciones de cuál debe ser su comportamiento?’.

        Técnicamente, acaba de definir no solo la idea que usted tiene de lo que debería ser una computadora, sino que, a mi entender, también ha definido lo que es la vida, en términos muy simplificados. Esto sugiere preguntas filosóficas muy profundas y probablemente con carácter fractal, pero voy a intentar dar un punto de vista que sea capaz de sacarnos de esa espiral.

        He de suponer que si conseguimos programar tanto un sistema emergente como un sistema mecánico de cómputo con capacidades emergentes y de auto-regulación, nunca nos embarcaríamos en la aventura de la posible auto-aniquilación sin tomar precauciones y sin tener una teoría que nos asegurara un conocimiento profundo de las posibles capacidades de este tipo sistemas.

        Quiero creer, por ejemplo, que si en un futuro somos capaces de crear dichas computadoras tomaremos las mismas precauciones que se toman hoy en día para un supuesto viaje tripulado a marte, en las cuales hay años de trabajo invertidos en asegurar el mayor control posible sobre cualquier eventualidad.

        Por otro lado y retomando las consideraciones filosóficas, no sé hasta qué punto nos interesaría como especie poder crear robots que tienden a la similitud humana en su totalidad. Creo que los robots son estupendos porque tienen la capacidad potencial de liberar a la humanidad de las tareas comunes, repetitivas y esclavas que suponen ciertos trabajos. Creo que pueden ayudar a democratizar realmente el mundo. Bajo este contexto, crear robots con sentimientos no seria más que un soberano absurdo.

        Concluyendo, sí, es cierto que dominar los sistemas emergentes y auto-regulados hasta el punto de la programación dan como posible resultado los peligros que enumeras, pero si somos capaces de programarlos con conocimiento suficiente, esos escenarios no deberían ser posibles.

        • reneco

          Me gustaría aclarar algunos conceptos un sistema emergente no se puede programar porque crea información que no está de antemano, su resultado es imprevisible así como su control imposible, la inteligencia artificial es una farsa que surge de no entender el funcionamiento de un organismo viviente

          • Fandila

            ni punto de comparación con el autentico cerebro. En el todos sus componentes (Neuronas conexiones…)se relacionan cada uno con el resto sin infranqueables lagunas. El sistema es global y sus resoluciones siempre “nuevas”

  2. Nusesabe

    Y yo me pregunto, ¿que diferencia hay entre crear la bomba atómica y esto? La diferencia es que la bomba atómica se uso para parar una guerra (podemos estar deacuerdo o no, pero esa fue la excusa) y esto carece de excusa.

    Hay que estar muy mal de ahi arriba para hacer esto, hacer que una célula sea un ordenador, significa que sea un robot, y estamos creando un robot sobre un sistema diseñado para mutar, reproducirse, y sobrevivir, a toda costa, muy listo oiga.

  3. Dr.Fulanito

    XD Tratar a la vida como una mera pieza de Hardware programable es un total absurdo ya que la vida no se rige por parametros “deterministas” como una computadora la cual lo unico que se limita a hacer es un proceso de suma y suma y suma y asi sucesivamente hasta el infinito o hasta que el procesador no pueda mas XD. Al contrario la vida tiene una naturaleza “entropica” que difiere mucho de de un hardware. PD 1: Ni siquiera la filosofia a podido describir lo que es enrrealidad la vida como para que ahora la equiparen con un mero micro ordenar, con esto no quiero negar su naturaleza matematicamente describible “quimicamente” yo solo quiero hacer ver que a la hora de hacer una buena analogia a la vida los ordenadores son un mal candidato, la vida solo se puede equipara en complejidad a la misma vida. Actualmente no se conoce nada mas en el universo que se se le iguale en complejidad. PD 2: Buen aporte como siempre la noticia. :)

    • reneco

      Estoy de acuerdo con tu comentario pero hay que hacer una corrección en que la vida tiene una naturaleza “entrópica” , la entropía es todo lo contrario a lo que hace la vida, si entropía la tomamos como una medida del desorden, la vida lucha contra la entropía desde un punto de vista evolutivo pasa de lo simple a lo complejo a pesar de los acontecimientos caóticos que ha pasado el planeta, si el Hombre se extinguiera como especie lo esperable es que surja una especie mas compleja y menos caótica que nuestro comportamiento social

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