Científicos del Technion, de Israel, y del Massachusetts Institute of Technology (MIT), de Estados Unidos, están trabajando en revolucionarios modelos de «biocomputadoras»
Los investigadores combinan conceptos de ingeniería eléctrica y herramientas de bioingeniería para producir células diseñadas para calcular funciones sofisticadas, es decir, una especie de «computadoras vivas».
El material genético se insertó en la célula bacteriana en forma de plásmido: una molécula de ADN relativamente corta que permanece separada del genoma «natural» de la bacteria, un elemento que existe en la naturaleza y cumple varias funciones.
El equipo de investigación, encabezado por los profesores Ramez Daniel, del Technion, y Ron Weiss, del MIT, diseñó la secuencia genética del plásmido para que funcione como una computadora simple, o más específicamente, como una red neuronal artificial simple.
Esto, explicó el reporte de la universidad israelí, se hizo por medio de varios genes en el plásmido que regulan mutuamente la activación y desactivación de acuerdo con estímulos externos.
¿Qué significa que una célula sea como un circuito informático? ¿Cómo puede una computadora ser biológica? En su nivel más básico, una computadora consta de 0 y 1, de «interruptores».
Según explicaron los expertos, las acciones en estas «computadoras vivas» se realizan a través de esos «interruptores»: sumarlos, elegir el valor máximo o mínimo entre ellos, etcétera.
Las células están naturalmente equipadas para detectar sustancias químicas
Las operaciones más avanzadas se basan en las básicas, lo que permite que una computadora juegue al ajedrez o vuele un cohete a la Luna.
En las computadoras electrónicas que conocemos, explicaron los expertos del Technion, los interruptores 0/1 toman la forma de transistores. Pero nuestras células también son computadoras, de otro tipo.
Allí, la presencia o ausencia de una molécula puede actuar como un interruptor. Los genes activan, desencadenan o suprimen otros genes, formando, modificando o eliminando moléculas.
La biología sintética tiene como objetivo, entre otros, aprovechar estos procesos, sintetizar los interruptores y programar los genes que harían que una célula bacteriana realice tareas complejas.
Es que, por ejemplo, las células están naturalmente equipadas para detectar sustancias químicas y producir moléculas orgánicas. Ser capaz de «computarizar» estos procesos dentro de la célula podría tener implicaciones importantes para la biotecnología y múltiples aplicaciones médicas.
Daniel, Weiss y el resto del equipo (los doctores Luna Rizik, Loai Danial y Mouna Habib) se inspiraron en el funcionamiento de las redes neuronales artificiales.
Así fue que crearon circuitos de computación sintéticos mediante la combinación de «partes» genéticas existentes o genes modificados de formas novedosas e implementaron conceptos de electrónica neuromórfica en células bacterianas.
Este proceso allana el camino para una programación más compleja
El resultado fue la creación de células bacterianas que pueden «entrenarse» mediante algoritmos de Inteligencia Artificial (IA).
Los científicos lograron crear células bacterianas flexibles que se pueden reprogramar dinámicamente para cambiar (hacer el «SWITCH») entre informar si al menos uno de los productos químicos de prueba (o dos) están presentes (es decir, las células pudieron cambiar entre realizar las funciones «OR» y «AND»).
Las células que pueden cambiar su programación dinámicamente son capaces de realizar diferentes operaciones en diferentes condiciones. (De hecho, nuestras células hacen eso de forma natural).
Ser capaz de crear y controlar este proceso allana el camino para una programación más compleja, haciendo que las células diseñadas sean adecuadas para tareas más avanzadas.
Los algoritmos de IA, destacó el informe, permitieron a los científicos producir las modificaciones genéticas requeridas en las células bacterianas en un tiempo y costo significativamente reducidos.
Las conclusiones del estudio sobre las «computadoras vivas» fueron publicadas en la revista especializada Nature Communications y se pueden consultar, en inglés, haciendo click aquí.
