Las células vivas deben procesar constantemente la información para realizar un seguimiento del mundo cambiante que las rodea y llegar a una respuesta adecuada.
A través de miles de millones de años de prueba y error, la evolución ha llegado a un modo de procesamiento de información a nivel celular. En los microchips que ejecutan nuestras computadoras, las capacidades de procesamiento de información reducen los datos a ceros y unos inequívocos. En las células, no es esosimple. ADN, proteínas, lípidos y azúcares están dispuestos en estructuras complejas y compartimentadas.
Pero los científicos, que desean aprovechar el potencial de las células como computadoras vivas que pueden responder a enfermedades, producir biocombustibles de manera eficiente o desarrollar productos químicos a base de plantas, no quieren esperar a que la evolución desarrolle su sistema celular deseado.
En un nuevo artículo publicado el 25 de mayo en Comunicaciones de la naturaleza , un equipo de investigadores de biología sintética de la UW ha demostrado un nuevo método para el procesamiento de información digital en células vivas, análogo a las puertas lógicas utilizadas en los circuitos eléctricos. Construyeron un conjunto de genes sintéticos que funcionan en células como las puertas NOR, comúnmente utilizadasen electrónica, cada una de las cuales toma dos entradas y solo transmite una señal positiva si ambas entradas son negativas. Las puertas NOR están funcionalmente completas, lo que significa que uno puede ensamblarlas en diferentes disposiciones para hacer cualquier tipo de circuito de procesamiento de información.
Los ingenieros de UW hicieron todo esto usando ADN en lugar de silicio y soldadura, y dentro de células de levadura en lugar de en un banco de trabajo electrónico. Los circuitos que los investigadores construyeron son los más grandes publicados hasta la fecha en células eurkaryotic, que, como las células humanas, contienenun núcleo y otras estructuras que permiten comportamientos complejos.
"Si bien la implementación de programas simples en las células nunca rivalizará con la velocidad o la precisión del cálculo en silicio, los programas genéticos pueden interactuar directamente con el entorno de la célula", dijo el autor principal y profesor de ingeniería eléctrica de la Universidad de Washington Eric Klavins. "Por ejemplo, las células reprogramadas enun paciente podría tomar decisiones terapéuticas específicas en los tejidos más relevantes, obviando la necesidad de diagnósticos complejos y enfoques de tratamiento de amplio espectro ".
Cada puerta NOR celular consiste en un gen con tres tramos programables de ADN: dos para actuar como entradas y uno para ser la salida. Los autores aprovecharon una tecnología relativamente nueva conocida como CRISPR-Cas9 para dirigirse a esos específicosSecuencias de ADN dentro de una célula. La proteína Cas9 actúa como un guardián molecular en el circuito, sentado en el ADN y determinando si una compuerta particular estará activa o no.
Si una puerta está activa, expresa una señal que dirige al Cas9 a desactivar otra puerta dentro del circuito. De esta manera, los investigadores pueden "conectar" las puertas para crear programas lógicos en la celda.
Según investigadores, lo que diferencia el estudio del trabajo previo es la escala y la complejidad de los circuitos ensamblados con éxito, que incluyeron hasta siete compuertas NOR ensambladas en serie o en paralelo.
En este tamaño, los circuitos pueden comenzar a ejecutar comportamientos realmente útiles al tomar información de diferentes sensores ambientales y realizar cálculos para decidir la respuesta correcta. Las aplicaciones imaginadas incluyen células inmunes diseñadas que pueden detectar y responder a marcadores de cáncer o biosensores celulares quepuede diagnosticar fácilmente enfermedades infecciosas en el tejido del paciente.
Estos grandes circuitos de ADN dentro de las células son un paso importante hacia la capacidad de programar células vivas, dijeron los investigadores. Proporcionan un marco donde los programas lógicos pueden implementarse fácilmente para controlar la función y el estado celular.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Washington . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :