Investigadores de la UPF crean un sistema celular vivo con capacidad de computación artificial

Uno de los retos de los próximos diez años en el campo de la biología sintética será conseguir que los seres vivos tengan la capacidad de interpretar y tomar decisiones según unos patrones previamente determinados.

Un trabajo realizado por dos equipos de investigadores del Departamento de Ciencias Experimentales y de la Salud de la Universitat Pompeu Fabra (UPF) ha demostrado que, mediante múltiples combinaciones de células modificadas con ingeniería genética, se pueden conseguir sistemas biológicos con capacidad de decisión según unos criterios predefinidos.

Este tipo de aproximación experimental permite generar sistemas computacionales vivos más complejos de los que se habían conseguido nunca, y eso hace pensar que el desarrollo futuro de esta aplicación debe permitir el diseño y la utilización de biosistemas artificiales con capacidad de tomar decisiones en ámbitos muy diferentes.

El trabajo, que se ha publicado en la edición digital de la revista Nature, significa un importante avance en el campo de la biología sintética. Se ha realizado gracias a la estrecha colaboración entre un grupo de biología teórica (el Laboratorio de Sistemas Complejos dirigido por Ricard Solé) y un grupo de biología experimental (la Unidad de Señalización Celular que dirige Francesc Posas).

Hasta ahora la biología sintética había intentado diseñar ordenadores vivos a partir de los conceptos básicos de la electrónica. Esta aproximación presentaba un problema: ¿cómo conectar las diferentes partes de los circuitos? En electrónica esta conexión se consigue a través de un cable que transmite la electricidad entre elementos separados en el espacio, pero eso no se puede replicar en un sistema vivo y, por tanto, no se había conseguido uno de los objetivos de la biología sintética: la combinación de diferentes partes para conseguir objetivos sofisticados.

La investigación permite construir circuitos sofisticados con células vivas

En este trabajo se ha resuelto el problema con una nueva teoría que permite construir circuitos sofisticados utilizando células vivas como unidades básicas y muy pocas conexiones. Así, dejando de lado el diseño de los ingenieros electrónicos, ha conseguido crear un conjunto de células capaces de detectar y de interpretar señales y que se pueden combinar de forma flexible entre ellas. Como si se tratara de un LEGO, el sistema permite que las diferentes células puedan ser reutilizables para hacer nuevos circuitos.

Así pues, es un sistema que permite crear muchos circuitos diferentes con un mínimo de células existentes y que, además, una vez un circuito está establecido es susceptible de ser programado sólo incorporando un determinado compuesto en el medio de cultivo en el que se encuentra.

Las posibilidades de esta investigación son enormes. Por ejemplo, esta capacidad se podría aplicar hacia la detección de moléculas y su posterior degradación dirigida, hacia la interacción con determinadas células diana y su control o hacia el diseño de poblaciones celulares con capacidad de comportarse como tejidos artificiales.

Los dos grupos reciben financiación del Ministerio de Ciencia e Innovación, de la UE (6º y 7º Programa Marco), de la Fundación Marcelino Botín y del programa ICREA de la Generalitat de Catalunya.

Trabajo de referencia: Distributed Biological Computation with Multicellular Engineered Networks. Autores: Sergi Regot, Javier Macia, Núria Conde, Kentaro Furukawa, Jimmy Kjellén, Tom Peeters, Stefan Hohmann, Eulàlia de Nadal, Francesc Posas y Ricard Solé. Publicado en Nature doi:10.1038/nature09679, 8 de diciembre de 2010.