Computación biológica

En la revista Natural Computing, investigadores de la Universidad Politécnica (UPM) y la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) proponen una alternativa para resolver problemas matemáticos complejos en un simple tubo de ensayo.

Desde que surgieron hace 4.000 de millones de años, los seres vivos han desarrollado la capacidad de adaptarse a su entorno. Son capaces de percibir lo que les rodea, comunicarse con otros organismos y modificar su entorno según sus necesidades. Un ejemplo lo podemos encontrar en determinadas bacterias que pueden formar macroestructuras conocidas como biopelículas.

En dichas estructuras existe un alto grado de organización y comunicación que permiten la supervivencia de la comunidad. Pero, ¿cómo unos organismos en teoría tan simples son capaces de producir sistemas tan complejos? Y lo que es más importante, ¿podemos aprovechar esos sistemas para nuestro beneficio?

Los últimos avances que se están realizando en el campo de la secuenciación de genomas y en la actividad de los genes en general, están ampliando nuestros conocimientos de los distintos modos en los que funcionan los mecanismos de percepción de los microorganismos y a su vez los mecanismos de interacción entre ellos. Dichos conocimientos han dado lugar a la aparición de una disciplina denominada Biología de Sistemas, que se encarga de recopilar esos datos y correlacionarlos con lo que se observa en la naturaleza.

De hecho, aprovechando ese conocimiento se han modificado genéticamente ciertas bacterias con el fin de que proporcionen una señal medible ante un estímulo dado. No obstante, la utilización de una única estirpe bacteriana conlleva una serie de problemas, por ejemplo: la disminución de la viabilidad de la bacteria o la fiabilidad de la respuesta, según lo complejo del diseño experimental.

El Grupo de Computación Natural de la Universidad Politécnica de Madrid junto con el grupo Rizosfera-UAM, en un artículo publicado recientemente en la revista Natural Computing, han propuesto una alternativa para que se puedan resolver problemas matemáticos complejos en un simple tubo de ensayo.

Dicha alternativa consistiría en dividir las tareas entre varias estirpes de bacterias, en vez de utilizar una única estirpe bacteriana modificada. Partiendo de esta premisa, los investigadores proponen diseñar bacterias “a la carta” mediante modificación genética, que respondan de una manera determinada y con una intensidad dada ante una señal química presente en el ambiente.

De tal modo, los investigadores podrían tener a su disposición un arsenal de bacterias que posiblemente puedan mezclarse en un tubo de ensayo como si fueran las líneas de un código de un programa, en donde pudieran recibir las señales externas y a su vez comunicarse entre ellas para obtener una respuesta adecuada.

Así, y a modo de ejemplo, han mostrado cómo se deberían modificar tres bacterias para resolver un problema lógico simple, a saber, determinar si en un medio dado aparece uno y sólo uno de dos compuestos químicos determinados produciendo o no una proteína fluorescente como respuesta.

Dada la versatilidad de este sistema, las aplicaciones a desarrollar pueden ser múltiples.

Por ejemplo, se podrían construir dispositivos de tamaño reducido y con un bajo impacto ambiental capaces de determinar qué contaminantes y en qué cantidad hay en un embalse con destino al consumo humano. Además, dada la gran cantidad de bacterias que pueden crecer en un volumen mínimo, los investigadores consideran que se encuentra ante la posibilidad de construir microcircuitos que podrían permitir resolver problemas matemáticos complejos. (Fuente: UAM)