La creació de circuits biològics capaços de dur a terme les accions que nosaltres desitgem constitueix un dels majors reptes per a la biologia sintètica. Malgrat els grans esforços invertits en el desenvolupament d’aquests dispositius, els resultats obtinguts fins ara disten molt del nivell de complexitat necessari per poder ser aplicats en els camps de la biomedicina o el medi ambient. De forma general, el disseny de dispositius cel·lulars complexos comporta l’aplicació massiva d’enginyeria genètica fent que les cèl·lules no puguin ser reutilitzades. A més, també existeix un problema de connexió: mentre que en els circuits electrònics és suficient amb utilitzar cables del mateix tipus per conduir els senyals, en els circuits biològics la informació es transmet a través de molècules que han de ser diferents per activar gens diferents. Aquestes xarxes són enormement complexes, amb moltes connexions i efectes col·laterals que fan molt difícil una enginyeria predictible.

Reduir l’enginyeria genètica per permetre el reciclatge cel·lular

Un grup de recerca liderat per Ricard Solé i Francesc Posas, ambdós investigadors del Departament de Ciències Experimentals i de la Salut (DCEXS) de la Universitat Pompeu Fabra (UPF), ha creat un nou sistema que requereix de modificacions genètiques mínimes i que permet l’ús d’una sola molècula com a eina de transmissió. Es tracta d’aplicar tres senzills canvis a l’hora de crear els circuits biològics. El primer és l’ús de diversos tipus cel·lulars, cadascun dotat d’un disseny genètic propi. Així, enlloc d’aplicar modificacions en els circuits complexos d’un sol tipus de cèl·lula que molt sovint donen lloc a efectes inesperats, es realitzen lleugeres modificacions genètiques a diversos grups cel·lulars que cooperaran per portar a terme la resposta desitjada. Els dos canvis restants són l’ús de la segregació espacial i la distribució dels productes, que permeten reduir el número de connexions necessàries.

El millor d’aquest nou sistema és que permet que els diferents grups cel·lulars es combinin entre ells de diverses maneres per obtenir resultats diferents, com si fossin peces de Lego que es poden muntar de moltes maneres. Així, aquests investigadors han creat un circuit amb sis grups cel·lulars (cadascun respon a una senyal externa en concret) que es poden reordenar per formar un total de 18 trilions de circuits diferents. Aquesta combinatòria obre la porta a un gran nombre de funcions que es podrien dissenyar.

La computació més enllà de l’electrònica

Estem parlant computadores biològiques: grups de cèl·lules modificades genèticament que actuen en part la lògica binaria (de zeros i uns) convencional però amb un disseny que s’allunya tant de la electrònica com dels dissenys biològics. Aquest tipus de sistema té una gran flexibilitat, es pot redissenyar amb facilitat i podria permetre crear grups de cèl·lules amb capacitat de prendre decisions davant d’una gran varietat d’estímuls. Això permet imaginar aplicacions relacionades amb biosensors “intel·ligents” o la creació de kits de diagnòstic, per exemple. Aquest tipus d’eines ens permeten avançar cap a una tecnologia personalitzada en la que els usuaris dissenyen i construeixen els seus dispositius en funció de l’aplicació que els vulguin atorgar.

Treball de referència: Macia J, Manzoni R, Conde N, Urrios A, de Nadal E, Solé R, Posas F. Implementation of Complex Biological Logic Circuits Using Spatially Distributed Multicellular Consortia. PLoS Comput Biol. Febrer 2016 doi: 10.1371/journal.pcbi.1004685.