Tendencias21
Células que actúan como circuitos, nuevo paso hacia los ordenadores celulares

Células que actúan como circuitos, nuevo paso hacia los ordenadores celulares

Las llamadas “puertas lógicas” son dispositivos con los que se trabaja en la electrónica digital para introducir y producir señales en los circuitos. Recientemente, investigadores de la organización estadounidense John Hopkins Medicine han conseguido desarrollar puertas lógicas de dos tipos distintos (AND y OR) con un material sorprendente: células. El logro podría llevar a la fabricación de circuitos celulares mayores y más complejos, destinados a formar parte de los ordenadores. Por Yaiza Martínez.

Células que actúan como circuitos, nuevo paso hacia los ordenadores celulares

Un equipo de investigadores de la organización estadounidense John Hopkins Medicine ha diseñado células que se comportan como dos tipos de puertas lógicas (AND y OR –Y, O-), que son dispositivos con los que se trabaja en la electrónica digital para introducir y producir señales en los circuitos.

Las puertas lógicas celulares creadas fueron capaces de generar salidas, a partir de una o varias entradas únicas.

Según publica la John Hopkins Medicine en un comunicado, este logro podría ayudar al desarrollo futuro de ordenadores constituidos por pequeños circuitos de células.

El director del estudio, el profesor del departamento de biología celular de dicha Universidad, Takanari Inoue, explica que, en la actualidad, muchos investigadores están intentando desarrollar dispositivos cotidianos a partir de materiales biológicos, como biomoléculas o células, mediante la introducción en ellos de nuevas características.

Y algunos de estos especialistas, dedicados a un campo relativamente nuevo bautizado como “biología sintética”, están intentando crear ordenadores biológicos.

En general, la biología sintética consiste en la síntesis de biomoléculas o ingeniería de sistemas biológicos con funciones nuevas que no se encuentran en la naturaleza. Se trata de una disciplina que, a diferencia de otras, no se basa en el estudio de la biología de los seres vivos, sino que posee como objetivo el diseño de sistemas biológicos que no existen en la naturaleza.

Se busca una computación celular veloz

En la base tanto de los ordenadores corrientes como de los ordenadores biológicos se encuentran las puertas lógicas, con las que se fabrican circuitos cuyo fundamento teórico es la llamada álgebra de Boole. Estas puertas producen respuestas que varían en función del tipo y la cantidad de señales que reciben.

Por ejemplo, las puertas lógicas AND (Y) necesitan dos entradas únicas para generar una salida. Las puertas OR (O), por su parte, generan una salida en función de si reciben una entrada, otra o ambas.

Inoue afirma que investigaciones previas habían conseguido generar puertas lógica basadas en biomoléculas, en tubos de ensayo o platos de Petri.

Sin embargo, añade, el desarrollo de puertas lógicas usando células completas había demostrado ser mucho más difícil.

Esfuerzos anteriores habían aprovechado el sistema de transcripción celular (que consiste en la transferencia de la información contenida en la secuencia del ADN para generar proteínas), para crear una señal de salida. Pero la transcripción celular puede ser lenta, y la respuesta deseada tardar desde minutos a días.

“La gente quiere tener una computación veloz. Esperamos conseguir una computación en células del orden de segundos, lo que sería significativamente más rápido de lo que se ha conseguido hasta ahora”, afirma Inoue.

Sistemas sin competencia

Para alcanzar su objetivo, los científicos usaron una técnica conocida como “dimerización químicamente inducible” o CID. Esta técnica aprovecha los mecanismos biológicos en virtud de los cuales dos proteínas son reunidos en un compuesto, en presencia de una sustancia química.

Dado que las puertas AND y OR generan una respuesta a partir de dos entradas distintas, tanto unidas como por separado, los investigadores necesitaban dos sistemas CID diferentes que no compitieran ni se solaparan uno con otro.

Para conseguirlo, partieron de un sistema estudiado durante años que reúne dos proteínas –FRB y FKBP- en presencia de un medicamento llamado rapamicina. La rapamicina procede de bacterias, y la FRB y la FKBP de animales.

Además, Inoue y su equipo usaron un segundo sistema CID que reúne otras dos proteínas, la GID1 y la GAI, en presencia de una hormona vegetal o fitohormona conocida como giberelina.

Dado que la giberelina es de origen vegetal, el sistema CID basado en ella no compite con el basado en la rapamicina, explican los científicos.

Logrado este punto, Inoue y sus colaboradores diseñaron células de mamíferos capaces de producir las proteínas necesarias, así como una respuesta cuando dos proteínas precisas se reunían. De este modo, al conectarse la FRB y la FKBP o la GID1 y la GAI, las membranas de las células desarrollaron unos volantes que pudieron observarse con el microscopio, y también las señales esperadas.

Células que actúan como circuitos, nuevo paso hacia los ordenadores celulares

Respuestas de las puertas lógicas celulares

Para crear la puerta lógica OR, la FRB y la GAI se enlazaron a la membrana celular, mientras que la FKBP y la GID1 permanecían libres flotando en la célula. Añadiendo rapamicina, giberelina o ambas a las células, los científicos consiguieron que las proteínas que flotaban libremente se unieran a las de la membrana celular, provocando una señal de salida.

Para desarrollar la puerta lógica AND, los investigadores colocaron sólo la proteína GAI en la membrana celular, y dejaron flotando libremente la FRB y compuestos de FKBP y GID1 por la célula. Este sistema requirió que las cuatro proteínas antes mencionadas se enlazaran para producir los rizos en la membrana, para lo cual fueron necesarias también las señales de entrada de las dos sustancias químicas empleadas.

En pruebas realizadas con ambos sistemas se demostró que ambos tipos de puertas lógicas celulares producían la respuesta deseada, en cuestión de segundos.

Según Inoue, estos resultados sugieren que, con el tiempo, podrían usarse puertas lógicas similares para desarrollar circuitos mayores y más complejos, que podrían convertirse en la base de futuros ordenadores que utilicen las células como unidades básicas.

Los resultados de la presente investigación han aparecido detallados por Inoue y sus colaboradores, Takafumi Miyamoto, Robert DeRose, Allison Suarez, Tasuku Ueno y Melinda Chen en la revista Nature Chemical Biology.

RedacciónT21

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • Una pequeña luna de Saturno parecida a la “Estrella de la Muerte” de Star Wars contiene un océano oculto 8 febrero, 2024
    Por debajo de la superficie repleta de cráteres de Mimas, una de las lunas más pequeñas de Saturno, se esconde un océano global de agua líquida de reciente formación. El satélite posee tan sólo unos 400 kilómetros de diámetro y presenta un notable parecido con la “Estrella de la Muerte”, una estación espacial imperial que […]
    Pablo Javier Piacente
  • Logran controlar un objeto virtual con la mente durante un sueño lúcido 8 febrero, 2024
    Un grupo de participantes en un nuevo estudio científico logró manejar un vehículo virtual a través de un avatar únicamente con su mente, mientras sus cerebros permanecían en la fase REM del sueño. Además de profundizar en los misterios de la consciencia humana, la innovación podría facilitar el acceso a nuevos desarrollos tecnológicos, como un […]
    Pablo Javier Piacente
  • Un proyecto global trabaja para crear de forma colaborativa un cerebro robótico general 8 febrero, 2024
    El auge de la inteligencia artificial generativa impulsa un proyecto global que trabaja para crear un cerebro robótico general, capaz de generar androides como los que hemos visto hasta ahora solo en la ciencia ficción. Pero es cuestión de tiempo que convivamos con ellos en perfecta armonía. Ya no es una utopía.
    Eduardo Martínez de la Fe
  • La IA está capacitada para resolver dilemas morales cuando conduce vehículos autónomos 8 febrero, 2024
    Los sistemas de IA muestran significativas similitudes éticas con las reacciones humanas ante dilemas morales, lo que los acreditan para conducir vehículos autónomos tal como lo harían las personas.
    Redacción T21
  • Los huracanes se están volviendo tan fuertes que ya no existen categorías para clasificarlos 7 febrero, 2024
    Cinco tormentas en la última década tuvieron velocidades de viento que pertenecen a una hipotética categoría 6 en la escala de huracanes Saffir-Simpson: el fenómeno obligaría a los científicos a crear una nueva clasificación, capaz de reflejar la virulencia de los huracanes en la actualidad. Las causas principales del fenómeno tienen su origen en el […]
    Pablo Javier Piacente
  • Un asteroide habría explotado sobre la Antártida hace unos 2,5 millones de años 7 febrero, 2024
    Un asteroide se desintegró sobre el continente antártico hace aproximadamente 2,5 millones de años: la evidencia proviene de un análisis químico de más de 100 pequeños trozos de roca extraterrestre, que se han preservado dentro de las enormes capas de hielo. Hasta el momento, solo se conocen otros dos eventos de explosiones aéreas antiguas en […]
    Pablo Javier Piacente
  • Crean la primera niña de inteligencia artificial del mundo 7 febrero, 2024
    La primera niña IA del mundo ha sido creada por científicos chinos, que la han dotado de emociones e intelecto y de la capacidad de aprender de forma autónoma. Se comporta como si tuviera tres o cuatro años y representa un avance significativo para el campo de la inteligencia artificial general.
    Redacción T21
  • Oponerse a la regulación de los pesticidas no es la solución al problema de los agricultores 7 febrero, 2024
    Los agricultores que se movilizan en España y Europa se oponen con firmeza a las nuevas regulaciones europeas en materia de pesticidas, lo que representa una amenaza mayor para la salud pública que tener una central nuclear al lado de casa: estos químicos han costado miles de vidas y enfermos crónicos, al tiempo que han […]
    Eduardo Costas | Catedrático de la UCM y Académico de Farmacia
  • El arte existió antes del surgimiento de los humanos modernos 6 febrero, 2024
    Nuevas investigaciones sugieren que nuestros parientes humanos arcaicos, como los neandertales, ya contaban con las capacidades cognitivas para desarrollar arte: el hallazgo de ejemplos cada vez más antiguos de expresión artística en el registro arqueológico confirmaría esta hipótesis. Sin embargo, aún se discute si estas manifestaciones creativas pueden catalogarse como arte.
    Pablo Javier Piacente
  • Descubren una nueva supertierra que podría ser un mundo habitable 6 febrero, 2024
    Un planeta extrasolar del tipo supertierra, denominado TOI-715 b y aproximadamente una vez y media más ancho que la Tierra, podría ser capaz de albergar vida: orbita dentro de la zona habitable de una enana roja, a escasa distancia de nuestro planeta. Además, podría estar acompañado de otro cuerpo planetario, con un tamaño casi idéntico al […]
    Pablo Javier Piacente