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Desarrollan «puertas lógicas» para programar bacterias como ordenadores

Un equipo de investigadores de UCSF  (EE.UU.) ha diseñado un circuito molecular clave  con E. coli, que permitirá a los ingenieros usar las células programadas para comunicarse y realizar cálculos.

El trabajo se basa en las células actuando como las puertas lógicas que se encuentran en equipos electrónicos y se crea un método para crear circuitos de «cableado» de comunicación entre las células. Este sistema puede ser aprovechada para transformar las células en ordenadores miniatura, de acuerdo a los resultados que se publicarán en la próxima edición de Nature y aparecen hoy en la edición en línea  en www.nature.com.

Eso, a su vez, permite a las células ser programadas con funciones más complejas para una variedad de propósitos, incluyendo la agricultura y la producción de productos farmacéuticos, materiales y productos químicos industriales, de acuerdo con Christopher A. Voigt, PhD, un biólogo sintético y profesor asociado en la School of Pharmacy’s Department of Pharmaceutical Chemistry, que es el autor principal del artículo.

Los equipos electrónicos más comunes son digitales, explica, es decir, se aplican las operaciones lógicas a los estados de 1 y 0 para producir funciones más complejas, en última instancia, permitiendo el software con el que la mayoría de las personas están familiarizadas. Estas operaciones lógicas también son la base para el cómputo móvil.

«Creemos que las corrientes electrónicas son ideales para hacer cálculos, pero cualquier sustrato puede actuar como una computadora, incluyendo los engranajes, tuberías de agua, y las células», dijo Voigt. «Aquí, hemos tomado una colonia de bacterias que están recibiendo dos señales químicas de sus vecinos, y han creado las puertas  lógicas análogas a las que forman la base de la computación del silicio.»

Aplicando esto a la biología permitirá a los investigadores  ir más allá de tratar de entender cómo los miles de partes de células trabajan a nivel molecular, para usar efectivamente las células para realizar funciones específicas, de acuerdo con Mary Anne Koda-Kimble, decano de la Facultad de Farmacia de la UCSF .

«Este campo va a ser transformador en la forma en que la biología trata  los avances biomédicos», dijo Koda-Kimble, que abogó por la contratación de Voigt para liderar este campo de la UCSF en 2003. «Es una relación increíble y emocionante ver como los sistemas celulares y la biología sintética se despliegan ante nuestros ojos.»

El artículo de Nature describe cómo el equipo de Voigt apoya la lógica de puertas sencillas de los genes y se insertan en distintas cepas de E. coli.  La puerta controla la liberación y la detección de una señal química, que permite que las puertas puedan ser conectadas entre las bacterias de manera análoga a como lo serían las puertas eléctricasen un circuito.

«El propósito de la  programación de las células no es llegar al alcance de  los  equipos electrónicos», explicó Voigt, a quien la revista científica lo calificó de un «scientist to watch» en 2007 y cuyo trabajo está incluido entre las 10  mejores  investigaciones de innovación de 2009.  «Más bien, es para poder acceder a todas las cosas que la biología puede hacer de una manera fiable, programable».

La investigación ya ha dado lugar a la asociación con una industria de  tecnologías de la vida, en Carlsbad, Calif., la que integrará los circuitos genéticos y algoritmos de diseño desarrollados en la UCSF, en un paquete de software profesional como una herramienta para los ingenieros de genética, de forma semejante a como un equipo diseño asistido se utiliza en la arquitectura y el desarrollo de chips informáticos avanzados.

En el futuro, Voigt dijo que el objetivo es poder programar las células utilizando un lenguaje formal que sea similar a los lenguajes de programación que actualmente se utilizan para escribir el código de programas de ordenador.

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El autor principal del artículo es Alvin Tamsir, un estudiante de Bioquímica y Biología Molecular, Biología Celular, Biología del Desarrollo y Genética (Tetrad) Programa de Postgrado en la UCSF. Jeffrey J. Tabor, PhD, in the UCSF School of Pharmacy, J. Tabor, PhD, de la Facultad de Farmacia de la UCSF, es co-autor.

La Escuela de Farmacia de la UCSF es la escuela más importante del país a nivel de posgrado de  farmacia, la  más antigua  escuela en el oeste de EE.UU., y una fuente para el descubrimiento y la innovación en las ciencias farmacéuticas, la educación y la atención farmacéutica de los pacientes. Para obtener más información, visite http://pharmacy.ucsf.edu/ .

UCSF es una universidad principalmente dedicada a promover la salud en todo el mundo a través de la investigación biomédica avanzada, la educación a nivel de posgrado en ciencias de la vida y las profesiones de la salud, y la excelencia en la atención al paciente. Para obtener más información, visite www.ucsf.edu.

Fuente: EurekAlert!

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