Computación compleja en células vivientes gracias a circuitos de genes

Unos investigadores han desarrollado una técnica para integrar computación tanto analógica como digital en células vivas, permitiéndolas formar circuitos genéticos capaces de llevar a cabo operaciones de procesamiento complejas.

Los circuitos sintéticos pueden medir el nivel de una señal analógica de entrada, como una sustancia química en particular relacionada con una enfermedad, y decidir si dicho nivel se halla dentro del rango adecuado para activar una respuesta, como la liberación de un fármaco.

De esta forma, actúan como los dispositivos electrónicos denominados comparadores, capaces de procesar señales analógicas entrantes y de convertirlas en señales digitales salientes.

La mayor parte del trabajo en biología sintética se ha centrado en el enfoque digital, porque los sistemas digitales son mucho más fáciles de programar. Sin embargo, dado que los sistemas digitales se basan en una señal de salida binaria sencilla, como 0 o 1, desempeñar operaciones computacionales complejas precisa del uso de una gran cantidad de piezas, lo cual es difícil de alcanzar en sistemas biológicos sintéticos.

El sistema de señales mixtas desarrollado por el equipo de Timothy Lu y Jacob Rubens, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Estados Unidos, se basa en múltiples elementos.

Un módulo umbral consiste en un sensor que detecta los niveles analógicos de una sustancia química en particular.

Este módulo umbral controla la expresión del segundo componente, un gen para la recombinasa que a su vez puede activar o desactivar un segmento de ADN, invirtiéndolo, y así convertirlo en una salida digital.

Si la concentración de la sustancia alcanza un cierto nivel, el módulo umbral expresa el gen de la recombinasa, haciendo que se invierta el segmento de ADN. Este segmento contiene asimismo un gen o elemento regulador de genes que a continuación altera la expresión de la señal saliente deseada.

En el futuro, el circuito podría utilizarse para detectar los niveles de glucosa en la sangre y responder de una de tres formas, dependiendo de la concentración. Si el nivel de glucosa fuese demasiado alto, las células de la persona producirían insulina, si la glucosa estuviese demasiado baja producirían glucagón (una hormona peptídica que eleva los niveles de glucosa en sangre), y si estuviese en un nivel medio, no harían nada.

Circuitos similares de conversión de analógico a digital podrían ser utilizados también para detectar una serie de sustancias. Para ello bastaría con cambiar el sensor.

Los investigadores están explorando la idea de usar conversores de analógico a digital para detectar los niveles de inflamación en el intestino ocasionados por la enfermedad intestinal inflamatoria, por ejemplo, y liberar cantidades diferentes de un fármaco en respuesta a ello.

Las células inmunitarias utilizadas en algunos tratamientos del cáncer podrían asimismo ser modificadas para volverse más "inteligentes", dotándolas de capacidades extra con las que rastrear células cancerosas, identificarlas y actuar contra ellas.

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