Investigadors de la UPF creen un sistema cel·lular viu amb capacitat de computació artificial

Un dels reptes dels propers deu anys en el camp de la biologia sintètica serà aconseguir que els éssers vius tinguin la capacitat d’interpretar i prendre decisions segons uns patrons prèviament determinats.

Un treball realitzat per dos equips d’investigadors del Departament de Ciències Experimentals i de la Salut de la Universitat Pompeu Fabra (UPF) ha demostrat que, mitjançant múltiples combinacions de cèl·lules modificades amb enginyeria genètica, es poden aconseguir sistemes biològics amb capacitat de decisió segons uns criteris predefinits.

Aquest tipus d’aproximació experimental permet generar sistemes computacionals vius molt més complexes dels que s’havien aconseguit mai, i això fa pensar que el desenvolupament futur d’aquesta aplicació ha de permetre el disseny i la utilització de biosistemes artificials amb capacitat de prendre decisions en àmbits molt diferents.

El treball, que s’ha publicat a l’edició digital de la revista Nature, significa un important avenç en el camp de la biologia sintètica. S’ha dut a terme gràcies a l’estreta col·laboració entre un grup de biologia teòrica (el Laboratori de Sistemes Complexos dirigit per Ricard Solé) i un grup de biologia experimental (la Unitat de Senyalització Cel·lular que dirigeix Francesc Posas).

Fins ara la biologia sintètica havia intentat dissenyar ordinadors vius a partir dels conceptes bàsics de l’electrònica. Aquesta aproximació presentava un problema: com connectar les diferents parts dels circuits? En electrònica aquesta connexió s’aconsegueix a través d'un cable que transmet l’electricitat entre elements separats en l’espai, però això no es pot replicar en un sistema viu i, per tant, no s’havia aconseguit un dels objectius de la biologia sintètica: la combinació de diferents parts per aconseguir objectius sofisticats.

La recerca permet construir circuits sofisticats amb cèl·lules vives

En aquest treball s’ha resolt aquest problema utilitzant una nova teoria que permet construir circuits sofisticats utilitzant cèl·lules vives com a unitats bàsiques i molt poques connexions. Així, deixant de costat el disseny dels enginyers electrònics, s’ha aconseguit crear un conjunt de cèl·lules capaces de detectar i d’interpretar senyals i que es poden combinar de forma flexible entre elles. Com si es tractés d'un LEGO, el sistema permet que les diferents cèl·lules puguin ser reutilitzables per fer nous circuits.

Així doncs, és un sistema que permet crear molts circuits diferents amb un mínim de cèl·lules existents i que, a més, un cop un circuit està establert és susceptible de ser programat només afegint un determinat compost en el medi de cultiu en el qual es troba.

Les possibilitats d’aquesta recerca són enormes. Per exemple, aquesta capacitat es podria aplicar cap a la detecció de molècules i la seva posterior degradació dirigida, cap a la interacció amb determinades cèl·lules diana i el seu control o cap el disseny de poblacions cel·lulars amb capacitat de comportar-se com teixits artificials.

Els dos grups reben finançament del Ministeri de Ciència i Innovació, de la UE (6è i 7è Programa Marc), de la Fundación Marcelino Botín i del programa ICREA de la Generalitat de Catalunya.

Treball de referència: Distributed Biological Computation with Multicellular Engineered Networks. Autors: Sergi Regot, Javier Macia, Núria Conde, Kentaro Furukawa, Jimmy Kjellén, Tom Peeters, Stefan Hohmann, Eulàlia de Nadal, Francesc Posas i Ricard Solé. Publicat a Nature doi:10.1038/nature09679, 8 de desembre de 2010.