Las «Bio – Computadoras» entre simples mortales

No sólo queremos que las computadoras sean cada vez más rápidas y más pequeñas, nos gustaría también que pudieran interactuar con un organismo vivo, curar enfermedades e incluso luchar contra el cáncer como diminutos robots que destruyen las células enfermas.

En la película «Viaje fantástico» (Fantastic Voyage – original de 1966) se reduce el tamaño de un submarino tripulado por un grupo de personas para que puedan meterse dentro del cuerpo de un diplomático y salvarlo de la muerte. Los científicos todavía no saben como reducir un objeto a tamaño microscópico, pero en realidad eso no sería necesario para conseguir el mismo objetivo. Sería más simple construir una máquina tan pequeña que pudiera hacer algo similar. ¿Los materiales? Las mismas células del cuerpo, bacterias o lo que nos sirva de acuerdo a su tamaño y facilidad de manipulación. De eso se trata lo que se denomina biocomputación.

Como vimos en una nota pasada (Computadoras cuánticas-12/06/2013) la clave de cualquier computadora son los transistores o cualquier cosa que pueda comportarse como ellos. A principios de este año se publicó un trabajo en la revista Science que informa sobre la creación de un transistor biológico en la Universidad de Stanford. En lugar de controlar una corriente eléctrica lo hace con un flujo de la enzima que produce el ARN a través de una cadena de ADN. En pocas palabras es posible utilizar muchos transistores biológicos para construir una computadora y, por ejemplo, amplificar pequeños cambios químicos en una célula para que sean más evidentes. Es posible también construir la lógica (una especie de programa informático) que reaccione a estos cambios. Esto permitiría detectar enfermedades en un momento muy temprano y seguramente tomar las medidas para evitar su avance administrando medicamentos desde dentro mismo del cuerpo.

Las células tienen una forma de comunicación entre ellas que consiste en enviar datos genéticos de una a otra. Los científicos solían utilizar diferentes moléculas para activar o inhibir la recepción de esta información y podían controlar hasta cierto punto la comunicación. Ahora pretenden ir un paso más lejos. Saben que cualquier información genética se puede codificar en el ADN. Entonces utilizan virus creados a medida que sirven como contenedores del ADN (es decir del mensaje). Cuando el virus infecta la célula, sin destruirla ni modificarla, libera el mensaje. Se pueden transmitir unos 80 mil bits en cada virus. Por si todavía no lo pensaron, esto es en la práctica una internet dentro de un organismo vivo, que bien podría conectar varias computadoras biológicas para intercambiar información.

Cuando escribimos datos en el disco de una computadora, lo que estamos haciendo a escala microscópica es orientar pequeños imanes en la superficie del disco. Una orientación en uno u otro sentido representa un 0 o un 1 con los que se codifica la información en binario. ¿Se puede hacer esto en forma biológica? ¡Claro que sí! La misma Naturaleza nos da la respuesta: la bacteria Magnetospirilllum magneticum, que básicamente se dedica a comer hierro y transformarlo en magnetita un material que se comporta como imán natural. Es decir que es posible orientar las bacterias individuales utilizando un campo magnético para realizar exactamente lo mismo que hacemos todo el tiempo en nuestra computadora.

Bits codificados en el ADN
Las diferentes orientaciones del ADN dentro de las células las hacen brillar en rojo o verde bajo la luz ultravioleta

Una alternativa a este método es utilizar el mismo ADN para codificar bits. Se utiliza una enzima que corta y recodifica una sección de la molécula y la deja en unos de dos estados posibles. Se puede ver el resultado gráficamente iluminando las células con luz ultravioleta, para distinguir la orientación de acuerdo al color. Tenemos entonces los tres componentes básicos de una red: las computadoras, el almacenamiento y la interconexión.

Como un ejemplo de las posibilidades que abre esta técnica, científicos de los laboratorios MIT y ETH Zurich están trabajando en un circuito lógico hecho de genes que pueden identificar cinco tipos de moléculas que indican la presencia de una célula cancerosa. SI la identificación es positiva el circuito libera una proteína que produce la llamada «muerte celular programada». Se puede destruir un tumor sin afectar a ninguna célula sana.

Estamos recién en el comienzo de esta apasionante investigación. De nuevo, la magia y la ciencia ficción comienzan a mezclarse en la vida de todos los días.