los ingenieros biológicos del MIT han creado un lenguaje de programación que les permite diseñar rápidamente complejos circuitos codificados con ADN que otorgan nuevas funciones a las células vivas.
Usando este lenguaje, cualquiera puede escribir un programa para la función que desee, como detectar y responder a ciertas condiciones ambientales. Luego pueden generar una secuencia de ADN que lo logrará.
"Es literalmente un lenguaje de programación para bacterias", dice Christopher Voigt, profesor de ingeniería biológica del MIT. "Usas un lenguaje basado en texto, como si estuvieras programando una computadora. Luego tomas ese texto y compilasy lo convierte en una secuencia de ADN que pones en la célula, y el circuito corre dentro de la célula "
Voigt y sus colegas de la Universidad de Boston y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología han utilizado este lenguaje, que describen en la edición del 1 de abril de ciencia , para construir circuitos que puedan detectar hasta tres entradas y responder de diferentes maneras. Las aplicaciones futuras para este tipo de programación incluyen el diseño de células bacterianas que pueden producir un medicamento contra el cáncer cuando detectan un tumor, o la creación de células de levadura que pueden detener supropio proceso de fermentación si se acumulan demasiados subproductos tóxicos.
Los investigadores planean hacer que la interfaz de diseño del usuario esté disponible en la Web.
No se necesita experiencia
En los últimos 15 años, los biólogos e ingenieros han diseñado muchas partes genéticas, como sensores, interruptores de memoria y relojes biológicos, que se pueden combinar para modificar las funciones celulares existentes y agregar otras nuevas.
Sin embargo, el diseño de cada circuito es un proceso laborioso que requiere gran experiencia y, a menudo, mucha prueba y error ". Debe tener este conocimiento realmente íntimo de cómo van a funcionar esas piezas y cómo se van a unir", Dice Voigt.
Los usuarios del nuevo lenguaje de programación, sin embargo, no necesitan conocimientos especiales de ingeniería genética.
"Podrías ser completamente ingenuo en cuanto a cómo funciona. Eso es lo que es realmente diferente de esto", dice Voigt. "Podrías ser un estudiante en la escuela secundaria e ir al servidor basado en la Web y escribir el programa quequerer, y escupe la secuencia de ADN "
El lenguaje se basa en Verilog, que se usa comúnmente para programar chips de computadora. Para crear una versión del lenguaje que funcione para las células, los investigadores diseñaron elementos informáticos como puertas lógicas y sensores que pueden codificarse en una célula bacterianaADN. Los sensores pueden detectar diferentes compuestos, como oxígeno o glucosa, así como luz, temperatura, acidez y otras condiciones ambientales. Los usuarios también pueden agregar sus propios sensores. "Es muy personalizable", dice Voigt.
El mayor desafío, dice, fue diseñar las 14 puertas lógicas utilizadas en los circuitos para que no interfieran entre sí una vez colocadas en el entorno complejo de una célula viva.
En la versión actual del lenguaje de programación, estas partes genéticas están optimizadas para E. coli, pero los investigadores están trabajando en la expansión del lenguaje para otras cepas de bacterias, incluidas Bacteroides, comúnmente encontradas en el intestino humano, y Pseudomonas, quea menudo vive en las raíces de las plantas, así como en la levadura Saccharomyces cerevisiae. Esto permitiría a los usuarios escribir un solo programa y luego compilarlo para que diferentes organismos obtengan la secuencia de ADN correcta para cada uno.
circuitos biológicos
Usando este lenguaje, los investigadores programaron 60 circuitos con diferentes funciones, y 45 de ellos funcionaron correctamente la primera vez que fueron probados. Muchos de los circuitos fueron diseñados para medir una o más condiciones ambientales, como el nivel de oxígeno o la concentración de glucosa,y responder en consecuencia. Otro circuito fue diseñado para clasificar tres entradas diferentes y luego responder en función de la prioridad de cada uno.
Uno de los nuevos circuitos es el circuito biológico más grande jamás construido, que contiene siete puertas lógicas y aproximadamente 12,000 pares de bases de ADN.
Otra ventaja de esta técnica es su velocidad. Hasta ahora, "tomaría años construir este tipo de circuitos. Ahora solo presiona el botón e inmediatamente obtiene una secuencia de ADN para probar", dice Voigt.
Su equipo planea trabajar en varias aplicaciones diferentes usando este enfoque: bacterias que se pueden tragar para ayudar en la digestión de la lactosa; bacterias que pueden vivir en las raíces de las plantas y producir insecticida si sienten que la planta está bajo ataque; y levadura que puedeser diseñado para apagarse cuando están produciendo demasiados subproductos tóxicos en un reactor de fermentación.
El autor principal de la ciencia el trabajo es del estudiante graduado del MIT Alec Nielsen. Otros autores son el ex postdoctorado del MIT Bryan Der, el postdoctorado del MIT Jonghyeon Shin, el estudiante graduado de la Universidad de Boston Prashant Vaidyanathan, el profesor asociado de la Universidad de Boston Douglas Densmore y los investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología Vanya Paralanov, ElizabethStrychalski y David Ross.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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