sábado, 10 de noviembre de 2012

Crean un circuito lógico complejo a partir de genes de bacterias

El circuito está diseñado para actuar como controlador en una bacteria sintética que monitoriza y modifica su entorno. Por fuerza del hábito, tendemos a asumir que los ordenadores están hechos de silicio, pero realmente no hay una conexión necesaria entre la máquina y el material. Todo lo que necesita un ingeniero para hacer un ordenador es encontrar la manera de construir puertas lógicas, los bloques fundamentales de las computadoras digitales, con el material que tenga a mano. Por tanto, teóricamente las puertas lógicas pueden estar hechas de tuberías de agua, bolas de billar o incluso laberintos para cangrejos soldado.

Los pequeños circuitos construidos mediante puertas de genes y otros algún día podrán ser los componentes de células de ingeniería que monitorizarán y responderan a su entorno. El número de tareas que puede llevar a cabo está solo limitado por la evolución y el ingenio humano.Las bacterias podrían limpiar contanimantes, bombear biocombustibles y miniaturizar el control de infecciones matando patógenos.

Las bases de las computadoras modernas son las puertas lógicas, un dispositivo que hace comparaciones simples entre bits, los unos y los ceros, con los cuales se codifica la información. Cada puerta lógica tiene multiples entradas y una salida. La salida de la puerta depende de las entradas y la operación llevada a cabo.

Una puerta AND, por ejemplo, se activa solo cuando ambas entrada están activadas. Una puerta OR se activa si alguna de las entradas está activada. Sugestivamente, los genes se activan o desactivan cuando un factor de transcripción enlaza con una región de ADN adyacente al gen llamado promotor. Para hacer una puerta AND de genes, los investigadores tuvieron que encontrar un gen cuya activación es controlada por al menos dos moléculas, no una. Así pues solo si la molécula 1 AND molécula están presentes, el gen se activará y será traducido en proteína.

Un circuito genético de este tipo ha sido identificado en la Salmonella typhimurium, la bacteria que causa el envenenamiento de la comida. En este circuito, el factor de transcripción puede enlazar con el promotor de un gen solo si una molécula llamada chaperón está presente. Esto significa que el circuito genético puede formar las bases de una puerta AND con dos entradas. El circuito ahora creado consiste en cuatro sensores de cuatro moléculas diferentes que alimentan tres puertas AND de dos entradas. Si están presentes las cuatro moléculas, las tres puertas AND se activan y la última produce una proteína que se manifiesta mediante fluorescencia roja, de manera que se puede monitorizar fácilmente la operación. En el futuro, una bacteria sintética con este circuito puede detectar cuatro indicadores de cáncer diferentes, y en presencia de los mismo, liberar un factor de matanza de tumores.

Hay grandes diferencias entre las flexibles moléculas que encarnan las puertas lógicas biológicas, y los diodos y transistores que encarnan la versión electrónica. Los ingenieros que diseñan circuitos biológicos se preocupan mucho acerca de los cruces de lineas o interferencias. Para que un circuito funcione adecuadamente, las moléculas que forma una puerta no pueden enlazarse con las de otra puerta. Esto es mucho más que un problema en los circuitos biológicos, ya que el interior de la célula es una especie de sopa donde las moléculas se mezclan libremente. Para asegurarse de que no hay cruces entre puertas AND, los investigadores minaron las piezas para sus puertas a partir de tres cepas diferentes de bacterias: Shigella flexneri y Pseudomonas aeruginosa, así como Salmonella. Aunque las partes de las tres cepas distintas ya eran bastante diferentes, esto se acentuó aún más sometiéndolas a ciclos de copiado propensos a errores y cribado de las copias de las que eran mucho menos propensas a la interferencia, pero aún funcionales.

Otro problema que surgió fue que los circuitos biológicos, al contrario que los electrónicos, no tienen relojes internos que mantengan los bits en movimiento a través de las puertas lógicas en bloqueo de paso. Si las señales progresan a través de capas de puertas lógicas a diferentes velocidades, la salida del circuito entero puede ser errónea, es un problema conocido como fallo de sincronización. Los experimentos diseñados para detectar ese tipo de fallos en circuitos sintéticos mostraron que no podían tener lugar, probablemente porque los chaperones de una cpaa de puertas lógicas se degradaban antes de que se generaran los factores de transcripción para la próxima capa, y esto fuerza una especie de ritmo en el circuito.

El objetivo no es construir un ordenador hecho de puertas lógicas biológicas, no se puede construir un ordenador de esa manera. En su lugar, se intenta crear controladores que permitan el acceso a todas las acciones de organismos biológicos de manera simple y programable. La célula se debe ver como un sistema formado por un sensor, un controlador (el circuito lógico) y un actuador. Esta investigaciòn cubre el trabajo acerca del controlador, pero eventualmente la salida del controlador conducirá al actuador, algo que operará en el entorno de la célula.

Via eureka alert

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