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En una célula y con ADN como memoria: así es el nuevo ordenador del MIT

malavida malavida 22/07/2016 Sergio Agudo
Representación de células madre © Proporcionado por malavida Representación de células madre

Un estudio universitario conducido por un equipo del MIT ha conseguido construir un ordenador biológico dentro de una célula. El objetivo es reprogramar el comportamiento celular y prevenir enfermedades

Si seguís habitualmente esta sección de artículos y noticias, entonces probablemente estaréis al tanto de un artículo que publicamos hablando de que Microsoft quería almacenar datos en hélices de ADN. El hecho de que desde Redmond estuviesen persiguiendo algo así ya resulta en sí bastante significativo, como lo es el hecho de que cada vez se intente con más ahínco y precisión unir en un sólo cuerpo la materia orgánica con los circuitos impresos de silicio. Quizá lo que planteaba el juego Deus Ex hace ya unos cuantos años no esté tan lejos, después de todo.

De lo que estamos hablando es de un fenómeno conocido como computación biológica. Por ahora este campo es todavía muy nuevo y está en pleno estado de investigación, pero no puede dudarse de que sus posibilidades son bastante amplias. De momento el uso que se le está buscando se encuadra dentro de los campos médicos, donde se podrán pronosticar enfermedades como el cáncer.

Ahora, un grupo de ingenieros del MIT ha sido capaz de construir un ordenador biológico dentro de una célula. Este trabajo representa un paso muy importante en la evolución de la biología sintética usando memoria basada en ADN, como la que mencionamos al principio del artículo. Lo que este experimento ha conseguido es marcar el camino a seguir para construir grandes sistemas de computación a partir de componentes biológicos y, en última instancia, programar funciones biológicas complejas.

Una máquina dentro de una célula

El equipo de ingenieros del MIT, capitaneado por Nathaniel Roquet, consiguió colocar dentro de una célula lo que se conoce como máquina de estados. Mediante este término se define un modelo matemático abstracto que describe la computación como una lista de estados internos distintos, emparejados y asociados con una lista de operaciones que deben realizarse para pasar de uno a otro. En este tipo de máquinas un estado nuevo siempre es el resultado de uno anterior tomado como combinación de distintas entradas. Estas máquinas pueden describir un gran número de cosas, desde proceso de algoritmos de lenguaje natural, pasando por sistemas neurológicos o a cosas realmente simples como brazos mecánicos de una cadena de montaje.

Como ya hemos comentado, la memoria base del ordenador será el ADN. Al tratarse de una célula viva tiene su lógica, debido a que el código genético se dedica justamente a eso: a almacenar información. Para poder usarlo el equipo ha creado un framework que lo manipula químicamente de forma que cada estado de la máquina quede codificado como una secuencia genética.

Al usarlo como un mecanismo de almacenamiento, esto permite vincular el comportamiento de las células a un estado. El ADN sirve como memoria para la máquina de estados, con lo que la pregunta que queda por responder es cómo se manipulará y qué efecto tendrá sobre el comportamiento celular. Dicho de otra manera, se podría conseguir que ante ciertos estímulos las células reaccionasen de manera determinada —lo que nos devuelve de nuevo a la medicina—.

Estructura de una célula animal * © Proporcionado por malavida Estructura de una célula animal *

Experimentos para entender por qué las células se reprograman

os experimentos conducidos por los ingenieros del MIT con células de E.coli han hecho que estas puedan reaccionar a distintas sustancias usadas en experimentos de laboratorio de forma común. Al utilizar estas sustancias las células se podían reprogramar para reaccionar a distintas entradas según las distintas necesidades.

Lo que los investigadores del MIT cconsiguieron fue reprogramar las células para producir diferentes proteínas fluorescentes que representaban distintos colores. En total se consiguieron 16 combinaciones distintas.

Lo que se pretende usando esta tecnología es observar comportamientos en las células que de otra manera son invisibles. Una célula progenitor o una célula madre tiene un cometido específico a la hora de crear tejidos que irán a parar a distintas partes del cuerpo. Estas células pueden reprogramarse por sí mismas, pero el proceso de cómo eso ocurre por ahora es un misterio. Quizá gracias a estos experimentos pueda ser un poco más transparente.

Hélices de ADN © Proporcionado por malavida Hélices de ADN

Recombinasas: el secreto de las máquinas de estado biológicas

Los circuitos de las máquinas de estado biológicas dependen de unas enzimas llamadas recombinasas. Estas enzimas se activan a través de distintas entradas en una célula. Estas entradas pueden ser, por ejemplo, señales químicas, que se pueden usar para ajustar el ADN de una célula en particular. Este ajuste, sin embargo, sólo ocurre dependiendo de la orientación de dos secuencias de ADN conocidas como sitios de restricción. El cambio en el comportamiento celular depende de cómo otros sitios de restricción se hayan alterado previamente.

Hablemos ahora de las posibilidades de aplicación. Comentamos antes que existían posibles aplicaciones en la medicina. Pues bien, los investigadores del MIT sugieren que se podrían integrar máquinas de estado biológicas en tumores. Una vez allí se podría usar dichas máquinas para vigilar la activación de los genes que podrían causar el cáncer para, después, intentar eliminar el tumor del organismo mediante reprogramación celular.

Para el equipo, grabar y responder a combinaciones de eventos biológicos abre todo un mundo de aplicaciones posibles, según hemos podido saber gracias a Motherboard. Se sabe mucho sobre qué factores regulan la diferenciación entre tipos de células específicos o que llevan a la progresión de distintas enfermedades, pero en cambio no se conoce nada sobre la organización temporal de dichos factores. Esa es una de las áreas a las que esperan dirigir su invento.

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