Biocomputadoras hechas en base a células de riñon podrían curar enfermedades

Un equipo de investigación ha encontrado una forma de modificar genéticamente el ADN de las células de mamífero para llevar a cabo cálculos complejos, convirtiendo las células en biocomputadoras. El estudio fue publicado en la revista Nature.

Las células modificadas que funcionan como minicomputadoras es una idea ya explorada en el pasado. Como parte del creciente campo de la biología sintética, equipos de investigación de todo el mundo han estado manipulando el ADN durante años para que las células realicen acciones sencillas. Hasta la fecha, la mayoría de estos experimentos se han realizado en la bacteria Escherichia coli porque sus genes son relativamente fáciles de manipular. Los investigadores también han logrado vincular múltiples circuitos genéticos dentro de una sola célula para llevar a cabo cálculos más complejos en bacterias.

Los científicos han extendido esta investigación a las células de mamíferos para crear circuitos genéticos que pueden ayudar a detectar y tratar enfermedades humanas. Los esfuerzos previos por construir circuitos genéticos a gran escala en células de mamíferos han fracasado hasta el momento. Y es que para que los circuitos complejos funcionen, los componentes individuales –el encendido y apagado de diferentes genes- deben ocurrir de manera consistente. La forma más común de encender o apagar un gen es utilizando proteínas llamadas factores de transcripción que se unen y regulan la expresión de un gen específico. El problema es que estos factores de transcripción se comportan de manera ligeramente diferente, dice el biólogo sintético de la Universidad de Boston y autor del trabajo Wilson Wong.

Para actualizar los “interruptores” de ADN, Wong y sus colegas obviaron los factores de transcripción y en su lugar encendieron y apagaron los genes de células renales humanas, utilizando enzimas de restricción (tijeras moleculares) que cortan selectivamente fragmentos de ADN. Estas enzimas reconocen a dos tramos de ADN y cuando los encuentran cortan cualquier ADN que esté entre ellos, y sutura los extremos cortados de la doble hélice.

Para diseñar circuitos genéticos, el equipo maquinaria celular convencional que lee el ADN de una célula, transcribe sus genes en ARN y luego traduce el ARN en proteínas. Esta operación es iniciada por otro fragmento de ADN: un promotor. Cuando un promotor es activado, una molécula llamada ARN polimerasa se pone a trabajar, marchando por la cadena de ADN y produciendo ARN hasta que llega a otro fragmento de ADN -una secuencia de terminación- que le dice que se detenga.

Para hacer uno de los circuitos más simples, el equipo de Wong insertó cuatro fragmentos adicionales de ADN después de un promotor. El ADN principal produjo proteína verde fluorescente (GFP), que ilumina las células cuando se produce. Pero delante de él se encontraba una secuencia de terminación, flanqueada por dos fragmentos que señalaron el ADN recombinante. Wong y su equipo entonces insertaron otro gen en la misma célula que creó un ADN recombinante modificado, la activaron solo cuando estaba unida a un fármaco específico; sin ella, la recombinante no cortaría el ADN.

Cuando se activó el promotor del gen GFP la ARN polimerasa se dirigió primero a la secuencia de terminación, se paró para leer el ADN y no produjo la proteína fluorescente. Pero cuando se añadió el fármaco, el recombinante se encendió y empalmó la secuencia de terminación que impedía que la ARN polimerasa iniciara la producción de GFP. La célula se encendió.

Wong y sus colegas también mostraron que añadiendo recombinantes adicionales, así como diferentes cadenas de ADN, podrían construir una amplia variedad de circuitos, cada uno diseñado para llevar a cabo una operación lógica diferente. El enfoque funcionó tan bien que el equipo construyó 113 circuitos diferentes, con una tasa de éxito del 96,5%. Como demostración adicional, diseñaron células humanas para producir una versión biológica de algo llamado una tabla de búsqueda de lógica Boolean. En este caso, el circuito tiene seis entradas diferentes que pueden combinarse de diferentes maneras para ejecutar una de 16 operaciones lógicas diferentes.

El descubrimiento demuestra, en otra escala, que es posible diseñar circuitos genéticos de mamíferos, indicó Timothy Lu, biólogo sintético del Instituto de Tecnología de Massachusetts. El método, indican los autores, ya ha despertado el interés de biólogos sintéticos quieren usarlos para crear nuevas terapias médicas, pese a que aun se encuentra en una fase de prueba. Por ejemplo, los científicos pueden diseñar células T, centinelas del sistema inmunológico, con circuitos genéticos que inician una respuesta para eliminar los tumores cuando detectan la presencia de dos o tres “biomarcadores” producidos por las células cancerosas. Otro ejemplo explorado por Wong es modificar células madre para que se conviertan en tipos de células específicas cuando se les impulsa por diferentes señales. Esto podría permitir que los biólogos sintéticos generen tejidos, como las células β productoras de insulina o los condrocitos que producen cartílagos.

 

Ana María Cervantes
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