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 (CEXS) de la 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 mucho más complejos de los que se habían conseguido nunca, lo que 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.

Este trabajo, que se publicará el miércoles 8 de Diciembre en la edición digital de la revista Nature , significa un importante avance en el campo de la biología sintética, y 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 hoy la biología sintética había intentado diseñar ordenadores vivos a partir de los conceptos básicos de la electrónica. Esta aproximación comportaba el problema de cómo conectar las diferentes partes de los circuitos. En electrónica esta conexión se consigue mediante un cable que transmite la electricidad entre elementos separados en el espacio, pero esto no se puede replicar en un sistema vivo y por ello había fracasado esta aproximación como principio de diseño y no se había conseguido uno de los objetivos de la biología sintética: la combinación de diferentes partes para conseguir circuitos sofisticados.

En este trabajo se ha resuelto este problema con una nueva teoría que permite construir circuitos sofisticados utilizando células vivas como unidades básicas y muy pocas conexiones. Así, se 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 de un LEGO se tratara, el sistema permite que las diferentes células puedan ser reutilizables para realizar 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 añadiendo un determinado compuesto en el medio de cultivo en el que se encuentra. Con ello, este estudio demuestra que es posible implementar un sistema biológico de gran capacidad de computación utilizando organismos vivos.

Las posibilidades de esta investigación son enormes, ya que, por primera vez, es posible diseñar, mediante ingeniería celular, sistemas que respondan de forma "inteligente" a situaciones complejas.

Por ejemplo, esta capacidad se podría aplicar en 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.

Trabajo de referencia:

Sergi Regot, Javier Macia, Núria Conde, Kentaro Furukawa, Jimmy Kjell, Tom Peeters, Stefan Hohmann, Eulalia de Navidad, Francesc Posas and Ricard Solé. " Distributed Biological Computation with Multicellular Engineered Networks". Nature doi: 10.1038/nature09679. 8 de diciembre 2010.

Miembros de los Grupos

Investigadores: Javier Macia, Tom Peteers, Eulàlia de Navidad (co-directora de la Unidad de Señalización Celular del CEXS).
Doctorandos: Sergi Regot, Núria Conde, ambos investigadores se licenciaron en Biología Humana en la UPF.

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