Bacterias radiocontrol, pronto en las mejores jugueterías

Hoy os traigo unos avances en Biología Sintética. Investigadores del Instituto Pasteur e Inria (Instituto Nacional de Investigación en Informática y automática), en colaboración con el CNRS (centro nacional de investigación científica de Francia) y el IST (Instituto de ciencia y tecnología de Austria) han publicado 2 artículos en los que hablan sobre el control de los procesos celulares desde un ordenador, ¿Qué os parece? Podríamos cambiar el comportamiento de una población celular a nuestro antojo, lo que significaría mejores condiciones y optimización de los procesos de producción en las industrias biotecnológicas.

imagen articulo curio.jpg

A. El nuevo “celular”: haría posible la comunicación entre células a través de un programa informático. B. Estabilización celular: Control en tiempo real del estado celular y su mantenimiento Adaptado de © Gregory Batt, Jakob Ruess, Chetan Aditya (Inria / Institut Pasteur)

El logro de la biología sintética es combinar la biología y la ingeniería, haciendo que los seres vivos puedan desarrollar productos que en la naturaleza sería imposible como ya comentó nuestro compañero Daza en Introduciendo el Boro a la Biología Sintética. Sin embargo, en cualquier sistema vivo encontramos el problema de que no todas las células producen una misma cantidad de producto. Gracias a este tipo de tecnologías esto dejará de ser un problema, haciendo que exista un balance entre el rendimiento de las diferentes células consiguiendo una producción homogénea y constante.

Estos investigadores han desarrollado dos plataformas conectando un microscopio a un ordenador, lo que no es nada sorprendente hoy en día. Sin embargo, lo interesante es que las células están sumergidas en un ambiente químico que puede ser alterado, así como se puede exponer a las células a una fotoestimulación (estimulación por luz). Será el ordenador quien inducirá un cambio en la composición química, o en sus concentraciones, o una activación por luz, dependiendo de los datos que reciba del cultivo y del experimento para el que esté programado. A todo esto, se suma la posibilidad de tomar fotos del cultivo para retener datos y de cuantificar la densidad celular en tiempo real.

Como hemos dicho, realmente son 2 experiencias diferentes, una varía el comportamiento por luz, mientras que otra altera la composición/concentración del medio para así controlar las células. Veámoslo brevemente por separado:

  • Artículo encabezado por investigadores del CNRS

En esta experiencia se desarrolló un programa informático con el que se pretendía forzar a las células a tomar decisiones dicotómicas de forma aleatoria, para lo que se les inducía a condiciones de inestabilidad para que, una vez inestables, tomasen uno u otro camino hacia la estabilidad. Es como si cogemos una canica y la dejamos quieta en el filo de un vaso, puede caerse dentro o caerse fuera. Pues de forma totalmente imprevista, hubo un grupo de células que si se les daban unas condiciones concretas se quedaban en esta zona de inestabilidad, o sea, nuestra canica se queda en el filo del vaso sin caerse. Estos datos pueden ayudarnos a comprender como las poblaciones celulares son capaces de “tomar decisiones” sin una acción individual concreta.

  • Artículo encabezado por miembros del Instituto Pasteur/Inria de Francia y el ITS de Austria.

En este caso usan la optogenética; consiste en el uso de luz directamente sobre la célula para inducir la expresión de un gen concreto, es decir, este gen se activará por el simple hecho de incidirle con luz a una determinada longitud de onda. Entonces, ya sabemos como se activan las células, pero, ¿Cómo es capaz el sistema de medir la cantidad de proteína?

El equipo unió un marcador (proteína fluorescente) a la proteína que deseaban medir, con esto conseguían que se produjese tanta luz como proteína y sería fácil de medir y controlar el cultivo. En resumidas cuentas, es como cuando vemos una autovía por la noche; cuantas más luces veamos significa que hay más cantidad de coches y, en caso de haber pocos, les “echan las largas” a los coches que hay parados o van más lentos para que aceleren. Además de poder controlar cada célula de forma individual, han conseguido establecer comunicaciones virtuales entre varias células.

Estas experiencias nos muestras una vez más que la ciencia y la tecnología van de la mano y que la computación es cada vez más, una parte esencial de la biología y la ciencia en general. En los últimos años hemos aprendido mucho sobre los procesos celulares gracias a ella, y estos avances, seguro ayudarán a desarrollar más y mejores metodologías para el avance científico.

 

Bibliografía

Shaping bacterial population behavior through computer-interfaced control of individual cells

Balancing a genetic toggle switch by real-time feedback control and periodic forcing

 

 

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