Lo sorprendente no es simplemente que las bacterias puedan computar. Los bi\u00f3logos sint\u00e9ticos llevan a\u00f1os logrando que las c\u00e9lulas realicen c\u00e1lculos l\u00f3gicos. Lo sorprendente es que los investigadores pueden modificar la computaci\u00f3n sin redise\u00f1ar las bacterias. Dos cepas funcionan como transistores biol\u00f3gicos y tres como rel\u00e9s. Al reorganizar esos cinco componentes b\u00e1sicos en la placa, el circuito realiza una funci\u00f3n diferente.<\/p>\n\n\n\n
\u201cHemos creado algunos componentes iniciales de arquitectura inform\u00e1tica de uso com\u00fan, pero cualquier operaci\u00f3n puede construirse con estas cinco variantes\u201d, dijo Hamid Doosthosseini, investigador postdoctoral del MIT y autor principal del estudio, en\u00a0MIT News<\/a>.<\/p>\n\n\n\n Un transistor convencional funciona como una v\u00e1lvula controlada el\u00e9ctricamente. Una se\u00f1al entra por un terminal, sale por otro y una tercera entrada determina si ese paso est\u00e1 abierto o cerrado. Los investigadores recrearon qu\u00edmicamente esa arquitectura b\u00e1sica.<\/p>\n\n\n\n Trabajaron con\u00a0Pantoea agglomerans<\/em>, una bacteria que se encuentra com\u00fanmente en la superficie de las plantas. Una cepa modificada gen\u00e9ticamente act\u00faa de forma similar a un transistor de tipo N: transmite una se\u00f1al qu\u00edmica solo cuando hay una segunda se\u00f1al de “interruptor”. La otra se comporta como su contraparte de tipo P, permitiendo el paso de la se\u00f1al a menos que se active dicho interruptor.<\/p>\n\n\n\n En lugar de electrones, el circuito transporta peque\u00f1as mol\u00e9culas que las bacterias ya utilizan para comunicarse. Una mol\u00e9cula llamada OC12 act\u00faa como se\u00f1al de entrada, OC6 acciona el interruptor y un transistor activado produce otra mol\u00e9cula, OHC14, como salida. Tres cepas bacterianas adicionales act\u00faan como rel\u00e9s, traduciendo un mensaje qu\u00edmico en otro para activar el siguiente transistor.<\/p>\n\n\n\n La parte de la traducci\u00f3n es importante porque las mol\u00e9culas se difunden naturalmente en todas direcciones. Un circuito necesita algo m\u00e1s cercano a un cable, que env\u00ede informaci\u00f3n hacia el siguiente componente en lugar de ba\u00f1ar indiscriminadamente todo lo que est\u00e9 cerca. Los investigadores insertaron una se\u00f1al qu\u00edmica intermedia y espaciaron f\u00edsicamente las colonias para que un mensaje llegara preferentemente a su vecino previsto.<\/p>\n\n\n\n Posteriormente, imprimieron las bacterias en agar utilizando una m\u00e1quina ac\u00fastica de manipulaci\u00f3n de l\u00edquidos que depositaba gotitas de tan solo 2,5 nanolitros. Las colonias que necesitaban comunicarse generalmente se ubicaban a unos cinco mil\u00edmetros de distancia. Un borde de bacterias fluorescentes verdes, por lo dem\u00e1s inactivas, imped\u00eda que las colonias de los bordes crecieran de forma diferente simplemente porque dispon\u00edan de m\u00e1s nutrientes. La l\u00f3gica se est\u00e1 alejando cada vez m\u00e1s del ADN.<\/p>\n\n\n\n Esta no es la primera vez que los cient\u00edficos logran que las c\u00e9lulas act\u00faen como componentes inform\u00e1ticos. Sin embargo, los enfoques anteriores generalmente implicaban incorporar gran parte del dise\u00f1o del circuito dentro del ADN de las c\u00e9lulas.<\/p>\n\n\n\n En un\u00a0estudio hist\u00f3rico publicado en 2011 en la revista\u00a0Nature<\/a>, Christopher Voigt, autor principal del nuevo art\u00edculo, y sus colegas modificaron gen\u00e9ticamente colonias\u00a0de E. coli<\/em>\u00a0para que realizaran operaciones l\u00f3gicas NOR y las conectaron con “cables” qu\u00edmicos. Al cambiar la forma en que se comunicaban las colonias, los investigadores pudieron construir diferentes operaciones l\u00f3gicas.<\/p>\n\n\n\n Desde entonces, los investigadores han llevado la computaci\u00f3n biol\u00f3gica mucho m\u00e1s lejos. Un estudio\u00a0de 2018 publicado\u00a0en Nature Methods<\/em><\/a>\u00a0ensambl\u00f3 c\u00e9lulas de mam\u00edferos que se comunicaban entre s\u00ed para formar un sumador completo de tres entradas, por lo que el sumador completo en s\u00ed no es la novedad aqu\u00ed. Un art\u00edculo\u00a0de 2021 publicado\u00a0en Nature Communications<\/em><\/a>\u00a0incluso imprimi\u00f3 “tintas” bacterianas sobre papel y demostr\u00f3 que cambiar su disposici\u00f3n espacial pod\u00eda modificar el c\u00e1lculo.<\/p>\n\n\n\n Pero la ampliaci\u00f3n de estos sistemas se ha topado repetidamente con un problema de cableado biol\u00f3gico. Cada puerta gen\u00e9tica puede necesitar sus propias se\u00f1ales de entrada y salida compatibles, y la introducci\u00f3n de muchos circuitos gen\u00e9ticos en la misma c\u00e9lula sobrecarga la maquinaria que esta necesita para sobrevivir.<\/p>\n\n\n\nUn transistor fabricado a partir de una colonia de bacterias<\/h2>\n\n\n\n
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