Dicho de manera simple, gran parte de la tecnología moderna depende de patrones relativamente poco complicados que reciben y transmiten información. Y resulta que la vida también ha funcionado de esta manera durante miles de millones de años, hecho que los ingenieros conocen bien.
En los circuitos eléctricos los transistores conmutan o amplifican las señales eléctricas. Los investigadores del MIT, Massachusetts Institute of Technology, cambiaron las señales eléctricas por las biológicas usando tres cepas de la bacteria Pantoea agglomerans para “transmitir” señales entre circuitos. A las células les lleva ocho horas realizar cada cálculo, y eso es mucho tiempo. Pero los resultados que se publicaron esta semana en Nature Chemical Biology demuestran que el potencial de la biotecnología puede tomar caminos inesperados.
“No intentamos reemplazar a las computadoras, sino más bien integrar el control de la computación en la biología”, le dijo a MIT News Christopher Voigt, jefe del Departamento de Ingeniería Biológica del MIT y autor principal del trabajo. “Si tienes bacterias en la raíz de una planta, y la planta es la que hace la operación computada, que un cálculo simple tome toda la noche resulta veloz en relación con una temporada de crecimiento”.
Los límites orgánicos
Según el trabajo, en el pasado este tipo de estudios se centraba principalmente en el uso de enzimas para brindar energía a células relativamente grandes y singulares en un circuito completo. Sin embargo, resulta difícil que una diminuta célula realice los cálculos exactamente como quieren los investigadores, y eso impone un estricto límite al nivel de complejidad permitido.
Por otra parte los transistores “no definen la lógica del circuito, sino que permiten condicionalmente la propagación de las señales”, escribieron los investigadores. Si se logra que los transistores funcionen, sería posible combinar los biotransistores de diferentes maneras para crear circuitos más diversos.
Para crear su prototipo los investigadores imprimieron colonias de bacterias en diminutas placas, con cada colonia viva a unos 5 milímetros de la otra. El mecanismo de estos transistores tenía que ver con una familia de moléculas utilizada en la investigación bioquímica. Una molécula servía como conmutador, otra como molécula “objetivo” que indicaría si el conmutador está activo. Si está presente la molécula objetivo, los transistores producen una molécula de salida.
Por último, la señal de la molécula de salida se transmite a otro transistor, creando efectivamente una cadena de transistores que transmite información. Las pruebas con los transistores revelaron que se podían realizar varias operaciones lógicas usando solo cinco cepas, y el circuito más grande tenía hasta 24 colonias de bacterias conectadas unas con otras.
Dicho esto, el equipo señaló las limitaciones al tamaño máximo de estos circuitos. Por empezar, son organismos vivos, por lo que con el tiempo crecerán y cambiarán. La velocidad del circuito, además, es lenta ya que la configuración depende de las difusiones moleculares naturales entre las colonias. En general, estas limitaciones hacen que la “computadora viva” opere durante unos tres días.
No se conseguirá en tiendas
Los investigadores no intentan crear computadoras vivas para que se usen en oficinas, pero este tipo de diseños sería útil para la agricultura. Por ejemplo, el circuito podría estar cerca de las raíces de las plantas para detectar diferentes causas de estrés, o para responder de manera autónoma ante la presencia de pestes o riesgos ambientales.
“El trabajo muestra que podemos avanzar hacia funciones más complicadas a partir de funciones más simples en las células individuales. En términos de computación, no hay nada que pueda hacer tu iPhone que estos circuitos no puedan hacer”, añadió Voigt.
