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La primera computadora biológica avanzada permite manipular códigos genéticos

Abrirá nuevas puertas en el campo de la biotecnología, incluyendo la terapia genética individualizada y la clonación


Científicos del Technion, Instituto Tecnológico de Israel, han diseñado un transductor biológico avanzado, un dispositivo sin precedentes que permite manipular códigos genéticos y usar el resultado como nueva entrada para cálculos posteriores. Estas máquinas no aspiran a competir con sus equivalentes electrónicos, sino a abrir nuevas puertas en el campo de la biotecnología, incluyendo la terapia genética individualizada y la clonación. Por Patricia Pérez.




•	El nuevo ordenador molecular se creó usando biomoléculas, como el ADN y las enzimas, capaces de manipular códigos genéticos. Imagen: chrisharvey. Fuente: PhotoXpress.
• El nuevo ordenador molecular se creó usando biomoléculas, como el ADN y las enzimas, capaces de manipular códigos genéticos. Imagen: chrisharvey. Fuente: PhotoXpress.
La unión de dos campos aparentemente tan dispares como la biología y la informática es cada vez más patente. En ello trabajan desde hace años en el Technion, el Instituto Tecnológico de Israel, una fuente importante de innovación y capacidad intelectual que impulsa la economía israelí.

El último avance de un equipo de científicos de la Facultad de Química ha sido el diseño de un transductor molecular, o lo que es lo mismo, la primera máquina de computación avanzada. Este ordenador molecular se creó usando únicamente biomoléculas, como el ADN y las enzimas, capaces de manipular códigos genéticos.

Según explica el Technion en un comunicado, se trata de un dispositivo sin precedentes que puede calcular iterativamente, es decir, utilizando la salida como nueva entrada para los cálculos posteriores. Además, obtiene como resultados fenómenos biológicamente significativos, tales como la resistencia de las bacterias a ciertos antibióticos.

El interés por este tipo de dispositivos de computación biomolecular estriba sobre todo en su capacidad, a diferencia de los ordenadores electrónicos, para interactuar directamente con los sistemas biológicos e incluso organismos vivos. No suponen por tanto una competencia directa frente a los equipos tradicionales, sino una nueva vía para explorar el campo de la biotecnología, incluyendo la terapia genética individualizada y la clonación.

Los resultados de este estudio, que cuenta con el apoyo crítico y económico de la American Technion Society (ATS), con sede en Nueva York, se publicaban la semana pasada en la revista especializada Chemistry & Biology.

100% moléculas

El investigador principal de este equipo, el profesor Ehud Keinan, señala que un ordenador es, por definición, una máquina que consta de cuatro componentes: software, hardware, entrada y salida. En el caso de los equipos tradicionales, las entradas y salidas han sido siempre señales electrónicas. El hardware es una composición compleja de componentes metálicos y plásticos, cables y transistores, mientras el software es una secuencia de instrucciones dadas a la máquina en forma de señales electrónicas.

En contraste con los equipos electrónicos, hay computadoras donde los cuatro componentes no son más que moléculas, afirma Keinan en un comunicado de la ATS. “No se requiere de ninguna interfaz, ya que todos los componentes son moléculas que interactúan junto a una cascada de eventos químicos programables”, explica el profesor.

El hardware y el software de estos dispositivos son moléculas biológicas complejas que se activan entre ellas para llevar a cabo ciertas tareas químicas predeterminadas. La entrada del proceso es una molécula que sufre cambios específicos programados, siguiendo unas reglas concretas (software), y la salida es otra molécula bien definida.

Así, aunque se trata de un proceso en el que “realmente no se ve nada”, las moléculas empiezan a interactuar unas con otras, proceso que los investigadores siguen muy de cerca. En función del tipo de ADN y enzimas que utilicen, pueden ajustar el proceso hacia el resultado deseado.

En este sentido, todos los sistemas biológicos e incluso organismos vivos al completo, se podrían definir como computadoras moleculares naturales. “Cada uno de nosotros es un ordenador biomolecular, es decir, una máquina en la que todos los componentes son moléculas que se “hablan” usando la lógica”, destaca Keinan.

Ehud Keinan. Fuente: ATS.
Ehud Keinan. Fuente: ATS.
Nuevos caminos

Demostrada la viabilidad de la computadora biológica, sus creadores no esperan que el nuevo transductor vaya a competir con su equivalente electrónico, que ofrece una mayor velocidad y rendimiento en tareas de cálculo tradicionales.

"Las principales ventajas de los dispositivos de computación biomoleculares sobre los electrónicos surgen de otras propiedades. Como se muestra en este trabajo y otros proyectos llevados a cabo en nuestro laboratorio, estos dispositivos pueden interactuar directamente con los sistemas biológicos e incluso con los organismos vivos”, subraya el investigador principal.

Esa es su principal valía, ya que además de su mayor potencia de cálculo, este transductor basado en ADN ofrece múltiples beneficios, incluyendo la capacidad de leer y transformar la información genética, la miniaturización a escala molecular, y la aptitud para producir resultados computacionales que interactúan directamente con los organismos vivos.

Por lo tanto, su aplicación en un material genético no sólo puede evaluar y detectar secuencias específicas, sino también alterar y procesar algorítmicamente el código genético. Esta posibilidad abre interesantes oportunidades en biotecnología, incluyendo la terapia genética individualizada y la clonación.

Además, aunque este transductor se empleó para resolver un problema específico, la metodología general muestra que se podrían aplicar dispositivos similares a otros problemas computacionales, completando aún más su efectividad.


Patricia Pérez
Miércoles, 29 de Mayo 2013
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