Cómo construir una computadora a partir de una célula viva

Compuertas lógicas genéticas permitirán a los biólogos programar células para producción química y detección de enfermedades.

Drew Endy

Drew Endy

Si los biólogos pudieran colocar controles computacionales dentro de células vivas, podrían hacerlas percibir y reportar la presencia de cáncer, crear drogas en el mismo lugar para combatirlo, o dinámicamente ajustar tanques de fermentación usados para fabricar drogas y otros químicos. Científicos de la Universidad de Stanford han desarrollado una manera de crear partes genéticas que pueden ejecutar cálculos lógicos que podrían algún día controlar este tipo de actividades.

La compuerta lógica genética desarrollada en Stanford puede usarse para ejecutar todas las tareas digitales lógicas y puede también almacenar información. Esta compuerta funciona por medio de cambios en el genoma de la célula, creando una especie de transcripción de las actividades de la célula que puede ser leído posteriormente por un secuenciador de ADN. Los investigadores llaman a su invento un “transcriptor” por su parecido al transistor en electrónica. “Queremos hacer herramientas para colocar computadoras dentro de cualquier célula viva –un poco de almacenamiento de información, una forma de comunicarse y lógica”, dice Drew Endy, profesor de bioingeniería en Stanford quien dirige el estudio.

Timothy Lu, quien dirige el Grupo de Biología Sintética en el MIT, trabaja en herramientas lógicas celulares similares. “No puedes colocar una computadora de silicio dentro de una célula, por lo que debes construirla a partir del ADN y proteínas”, dice Lu. “El  objetivo no es reemplazar a las computadoras, sino crear aplicaciones biológicas que la computación convencional no puede abordar”.

Los biólogos pueden dar a las células nuevas funciones a través de la ingeniería genética tradicional, pero Endy, Lu y otros trabajando en el campo de biología sintética quieren fabricar partes modulares que puedan combinarse para construir sistemas complejos a partir de cero. las compuertas lógicas celulares serán un punto clave para este tipo de ingeniería, dice Endy.

Células genéticamente programadas con compuertas biológicas “AND” podrían, por ejemplo, usarse para detectar y tratar el cáncer, dice Endy. Si la proteína A y la proteína B están presentes –donde esas proteínas caracterizan el desarrollo, digamos, de cáncer de pecho– entonces se alertará a la célula a producir la proteína C, una droga contra el cáncer.

En el ejemplo de cáncer, dice Endy, quizá desees que la célula responda a bajo niveles de cáncer (la señal) y produzca grandes cantidades de droga. El caso es el mismo para células biológicas diseñadas para detectar contaminantes en el agua –idealmente generarán una señal fuerte (por ejemplo,  determinadas cantidades de proteínas fluorescentes brillantes) cuando detecten una pequeña cantidad de contaminante.

El transcriptor dispara la producción de enzimas que causan alteraciones en el genoma de la célula. Cuando la producción de esas enzimas se dispara por la señal –una proteína, por ejemplo– estas enzimas borrarán o invertirán una porción particular del ADN en el genoma. Los investigadores pueden codificar el transcriptor para responder a una o varias señales distintas. La señal puede ser amplificada ya que un cambio en el ADN de la célula puede llevar a la célula a producir grandes de proteína en un lapso de tiempo.

Dependiendo de la manera en que el transcriptor esté diseñado, puede actuar como una compuerta lógica distinta –una compuerta “AND” que se enciende sólo en la presencia de dos proteínas, una compuerta “OR”que se habilita por una señal u otra, y así en ese estilo. Endy señala que estas compuertas podrían combinarse en circuitos mucho más complejos haciendo la salida de una compuerta la entrada de la siguiente. Esta investigación está descrita en la revista Science.

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