Desarrollan circuitos complejos combinando células y sensores

Las bacterias no hacen fotos ni atacan células tumorales ni producen sustancia químicas. Pero podrían hacerlo gracias a ciertas técnicas de biología sintética, una disciplina que consiste en la manipulación de sistemas biológicos para conseguir que éstos desarrollen funciones nuevas, que no se encuentran en la naturaleza.

En este campo trabaja un ingeniero del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), de Estados Unidos, llamado Chris Voigt, especializado en manipular bacterias y otros microbios para hacer que éstos realicen numerosas tareas útiles, que por naturaleza jamás harían.

Según publica el MIT en un comunicado, Voigt ha conseguido ya, por ejemplo, desarrollar una “cámara bacteriana”. Lo hizo insertando un sensor de detección de luz procedente de un alga en la bacteria Eschericia coli (E. coli), acoplado a un gen que hace que la bacteria genere un pigmento negro.

Así, se forma una lámina en la bacteria que actúa como “película”. Cuando un patrón se sitúa sobre dicha película e incide sobre él la luz, se forma una imagen del patrón en la lámina de la bacteria.

Por otro lado, Voigt ha desarrollado una bacteria E. coli cuyo objetivo son los tumores. Esta bacteria incorpora genes de otras bacterias capaces de detectar niveles bajos de oxígeno y alta densidad celular, dos condiciones que se dan a menudo en los tumores. Además, Voigt vinculó a estos genes un circuito celular que induce a la producción de una proteína denominada invasina, que permite a la E. coli invadir células.

También circuitos complejos

Actualmente, el investigador co-dirige el nuevo Centro de Biología Sintética del MIT, en el que trabaja en la fabricación de sistemas mayores, altamente interconectados, que incorporan sensores y circuitos capaces de responder a señales.

Según explica Voigt: “Ahora estamos integrando (este tipo de) componentes en células individuales.

Uno de los problemas en este sentido es conseguir que todas las piezas interactúen unas con otras. Otro desafío es impedir que piezas que no deben interactuar lo hagan”.

El científico añade que si se quiere crear un sistema con 50 circuitos que trabajen al unísono, como partes de la operación celular, es preciso que cada uno de ellos no interfiera con el resto, lo cual representa un enorme desafío.

En un futuro, este tipo de circuitos complejos podrían ser la base de microbios capaces de regular su propio proceso de fermentación, como en el caso de la levadura que fermenta biomasa para producir etanol, afirma Voigt.

La fermentación de etanol produce como producto derivado el acetato, que es tóxico para la levadura. Por esa razón, los contenedores de fermentación deben equiparse con sensores que detecten niveles peligrosos de acetato y lleven a cabo acciones
correctoras, como reducir el suministro de alimento (glucosa) de los microbios, en caso de necesidad.

Usando la biología sintética, sería posible transferir este proceso de control a las propias células. De este modo, las células de la levadura detectarían que hay niveles excesivos de acetato en su entorno y, en consecuencia, detendrían sus propios transportadores de glucosa, hasta
que los niveles de acetato desciendan de nuevo.

Voigt piensa que este tipo de técnicas impactarán en un futuro en diversos campos: no sólo en la medicina, sino también en la agricultura, en la energía, en la industria química o en la limpieza del medioambiente.

Aplicaciones de la biología sintética

En general, los especialistas ven en la biología sintética un crisol de posibilidades. En lo que a medicina se refiere, se espera que esta disciplina permita desarrollar fármacos inteligentes, porque hará posible un conocimiento más amplio de la complejidad de las enfermedades y el desarrollo de fármacos a la carta o personalizados.

Además, la biología sintética podría hacer avanzar la terapia génica, mediante la modificación de virus para transportar genes a tejidos concretos para su tratamiento.

Por otro lado, se cree que gracias a la biología sintética podrán repararse y regenerarse tejidos con sistemas moleculares formados por sensores, que reconocerán daños y suministrarán enzimas que los reparen.

En el sector del medio ambiente, las investigaciones se están dirigiendo hacia el diseño de sistemas complejos, el rediseño de componentes biológicos inspirados en circuitos electrónicos y hacia el empleo de bacterias y hongos modificados para que eliminen compuestos tóxicos y descontaminen los ecosistemas. Por último, se espera que esta disciplina ayude a desarrollar biosensores o a producir bioenergía a partir de microrganismos sintéticos.