Tendencias21
Crean circuitos celulares capaces de pensar y de recordar

Crean circuitos celulares capaces de pensar y de recordar

Ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han creado circuitos sintéticos en células bacterianas que, además de llevar a cabo funciones lógicas, son capaces de recordar sus resultados, porque estos quedan codificados en el ADN celular transmitiéndose a través de docenas de generaciones. Estos circuitos podrían proporcionar un mejor control sobre la producción de células generadoras de biocombustibles, fármacos u otros compuestos útiles. Asimismo, en el desarrollo de células madre, servirían para controlar con mayor precisión los procesos celulares por los que unas células se transforman en otras. Por Yaiza Martínez.

Crean circuitos celulares capaces de pensar y de recordar

Ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Estados Unidos, han creado circuitos genéticos en células bacterianas que, además de llevar a cabo funciones lógicas, son capaces de recordar sus resultados, porque estos quedan codificados en el ADN celular transmitiéndose a través de docenas de generaciones.

Estos circuitos, descritos recientemente en la revista Nature Biotechnology, podrían ser utilizados como sensores ambientales de larga duración, eficientes controles para la biofabricación o en la programación de células madre para que estas se diferencien en diversos tipos celulares, informa el MIT en un comunicado.

«Casi todo los trabajos en biología sintética anteriores se han centrado bien en las funciones lógicas de los componentes bien en módulos codificadores de memoria. Creemos que la computación compleja ha de implicar una combinación de lógica y memoria, y por eso hemos desarrollado esta estructura concreta «, explica Timothy Lu, profesor de ingeniería eléctrica, ciencias de la computación e ingeniería biológica del MIT y autor principal del artículo de Nature Biotechnology.

En biología sintética, se utilizan segmentos genéticos intercambiables para diseñar circuitos con funciones específicas, como detectar una sustancia química en un entorno. Por ejemplo, una sustancia química específica generaría una respuesta también específica en este tipo de circuitos, como la producción de una proteína verde fluorescente o GFP (que indicaría a los investigadores la presencia de dicha sustancia).

Pero estos circuitos también pueden ser diseñados –además de para tener ‘memoria’, en este caso, de una sustancia química dada- para que funcionen como puertas lógicas o AND.

Las AND son dispositivos electrónicos que suman, multiplican, niegan o afirman, incluyen o excluyen, según sus propiedades lógicas. Estos dispositivos, que se integran en chips, se pueden aplicar a tecnología electrónica, eléctrica, mecánica, hidráulica y neumática.

Sin embargo, en la mayoría de los circuitos lógicos celulares, la respuesta de los circuitos o su función se produce solo cuando está presente un estímulo. Por el contrario, cuando este desaparece, el circuito se apaga hasta que aparezca otro estímulo, y así sucesivamente.

Lo que ha conseguido Lu y sus colaboradores ha sido diseñar un circuito lógico que se altera de forma irreversible al entrar en contacto con un primer estímulo, generando una memoria permanente de ese primer acontecimiento. Por tanto, han logrado unir la función lógica y la memoria en un solo circuito celular.

Una memoria de 90 generaciones

Para conseguirlo, los científicos partieron de circuitos de memoria que ellos mismos habían diseñado en 2009. Estos circuitos dependen de unas enzimas conocidas como recombinasas, capaces de eliminar segmentos de ADN, girarlos o insertarlos. La activación secuencial de estas enzimas permite a estos circuitos contar los eventos (del ADN) que suceden dentro de una célula.

El diseño de los nuevos circuitos se hizo integrando esta función de memoria de los antiguos circuitos en una puerta lógica. En una puerta lógica o AND típica, dos señales entrantes activan proteínas que, a su vez, ponen en marcha la expresión de un gen.

En los nuevos circuitos, en cambio, estas señales generan una alteración estable en regiones de la AND relacionadas con la producción de proteínas. Además, la memoria de activación de la puerta lógica se almacena permanentemente en la secuencia de ADN de la célula, pasando a al menos 90 generaciones de células posteriores.

Gracias a esta ‘herencia’, los científicos que quieran leer la historia de la célula podrán hacerlo bien midiendo su producción de proteínas (que permanecerá activa) bien, si la célula ha muerto, mediante la secuenciación de su ADN, explican los investigadores.

En definitiva, gracias a este método, en lugar de crear circuitos siempre activos o dependientes de estímulos para desarrollar su función, se podrán programar a largo plazo circuitos para funciones concretas, dado que las células y sus descendientes ‘recordarán’ la información inicial, sin necesidad de que se les proporcionen nuevas señales.

Posibles aplicaciones

Este sistema podría servir para fabricar un tipo de circuitos conocido como ‘conversor digital-analógico’. Estos conversores toman señales digitales – por ejemplo, de la presencia o la ausencia de sustancias químicas específicas – y las convierten en salidas analógicas que reflejan una serie de valores, como los niveles continuos de una expresión génica.

Estos circuitos podrían proporcionar un mejor control sobre la producción de células generadoras de biocombustibles, fármacos u otros compuestos útiles. Y, en el desarrollo de células madre, servirían para controlar con mayor precisión los procesos celulares, a medida que las células madre se conviertan en otro tipo de células, aseguran los autores del avance.

Más sobre biología sintética

En términos generales, la biología sintética se define como 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. Esta rama de la ciencia busca la creación de nuevos organismos programables, es decir, la creación de microorganismos a la carta que se comporten como pequeños ordenadores.

Los científicos esperan que estos ‘miroorganismos computacionales’ sirvan en un futuro para reparar o regenerar tejidos, para la reprogramación celular o para conocer mejor las enfermedades y, por tanto, para desarrollar fármacos a la carta.

En lo que se refiere al medio ambiente, las investigaciones de biología sintética se están dirigiendo hacia el diseño de sistemas complejos y el rediseño de componentes biológicos inspirados en circuitos electrónicos para destinarlos a la eliminación de compuestos tóxicos o la descontaminación de los ecosistemas. En el sector energético, se plantea la producción de bioenergía mediante microorganismos sintéticos, una posibilidad que se encuentra en sus primeras etapas de desarrollo.

Esta disciplina se encuentra en crecimiento, y avances recientes la hacen cada vez más prometedora. El último del que hemos sabido podría ayudar a superar uno de sus principales escollos: la lentitud del desarrollo de las piezas necesarias para fabricar estas auténticas fábricas en miniatura. En este sentido, científicos del Reino Unido han ideado un sistema que permite crear dichas piezas en masa en el interior de tubos de ensayo en lugar de en células directamente, lo que abre la puerta a su fabricación en cadena.

Referencia bibliográfica:

Piro Siuti, John Yazbek, Timothy K Lu. Synthetic circuits integrating logic and memory in living cells. Nature Biotechnology (2013). DOI: 10.1038/nbt.2510.

RedacciónT21

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • Llegaremos a los confines del Sistema Solar gracias a un nuevo tipo de vela solar 1 junio, 2022
    Una nueva vela solar, desarrollada por científicos estadounidenses apoyados por la NASA, podría ser especialmente eficaz para navegar por el espacio profundo: permitiría que cualquier nave espacial que la use como sistema de propulsión se aleje ligeramente del Sol y aún así se beneficie de un fuerte impulso de los fotones de la luz solar.
    Pablo Javier Piacente
  • La Vía Láctea albergaría 4 civilizaciones hostiles dispuestas a destruirnos 1 junio, 2022
    Un nuevo estudio sugiere que 4 civilizaciones alienígenas hostiles pueden acechar en la Vía Láctea: sin embargo, la Tierra tiene 100 veces más probabilidades de ser destruida por un asteroide que invadida por extraterrestres.
    Pablo Javier Piacente
  • El optimismo y el pesimismo influyen en la cognición 1 junio, 2022
    El optimismo y el pesimismo influyen en las capacidades cognitivas: el primero potencia la capacidad de razonamiento y el segundo reduce la memoria. La edad y el nivel educativo también inciden en el binomio, confirmando que la personalidad está relacionada con la cognición.
    Redacción T21
  • Desvelado el misterio del nacimiento de gemelos 1 junio, 2022
    Tener gemelos no es síntoma de fertilidad, sino que constituye un mecanismo de compensación natural que realza la maternidad en edades avanzadas y equilibra la disminución de la natalidad.
    Redacción T21
  • Una ciudad de 3.400 años de antigüedad emerge desde las profundidades del río Tigris 31 mayo, 2022
    La extrema sequía en Irak ha dejado ver los restos de una antigua ciudad del siglo XIV antes de Cristo, que emergió sorpresivamente al reducirse el caudal del río Tigris: los arqueólogos creen que podría tratarse de Zakhiku, una urbe que cumplió un papel central en la región que hoy se conoce como Oriente Medio.
    Pablo Javier Piacente
  • Descubren en un cementerio estelar unas extrañas estrellas de neutrones con signos de vida 31 mayo, 2022
    Una señal de radio inusual que emite una estrella de neutrones que completa una rotación cada 76 segundos desconcierta a los astrónomos: proviene de un "cementerio estelar", donde supuestamente no se podrían registrar pulsaciones porque todas las estrellas están "muertas". 
    Pablo Javier Piacente
  • El consumo moderado de café aleja el riesgo de muerte 31 mayo, 2022
    El café, ya sea endulzado o sin azúcar, prolonga la vida y aleja el riesgo de muerte, independientemente de si es instantáneo, molido o descafeinado. La dieta y el estilo de vida pueden alterar esta capacidad.
    Redacción T21
  • ¿Está la ciencia cambiando por fin la deriva del mundo? 31 mayo, 2022
    La ciencia está revuelta desde que la crisis planetaria amenaza la vida en el planeta: ha demostrado el origen antropológico del cambio climático y salido pacíficamente a la calle para detener la carrera hacia al abismo al que nos conduce la gestión de la crisis global. Puede que lo esté consiguiendo.
    Eduardo Martínez de la Fe
  • Descubren en Israel una granja de 2.100 años de antigüedad detenida en el tiempo 30 mayo, 2022
    Arqueólogos de Israel han desenterrado los restos de una granja de 2.100 años de antigüedad, cuyos propietarios probablemente la abandonaron súbitamente para evitar una inminente invasión militar. En una auténtica "cápsula del tiempo", la granja se observa "congelada": todo permanece intacto como en el momento en que sus dueños se marcharon de un momento para […]
    Pablo Javier Piacente
  • Una nueva técnica cuántica permitirá "ver lo invisible" en el Universo 30 mayo, 2022
    La tecnología cuántica permitirá concretar observaciones del cosmos en longitudes de onda previamente inaccesibles. Una vez integrada con los instrumentos astronómicos de próxima generación, esta técnica podría permitir estudios más detallados de agujeros negros, exoplanetas, el Sistema Solar y las superficies de estrellas distantes.
    Pablo Javier Piacente