Ya se puede programar una bacteria como una computadora

Podría sentar las bases para la producción de nanobots que puedan cazar cáncer.

El rápido ascenso de la inteligencia artificial sigue produciendo máquinas que son cada vez más parecidas a los humanos, un hecho que justifica que nos preguntemos qué va a ocurrirnos a nosotros, bolsas de carne, cuando las computadoras estén luchando nuestras guerras, conduciendo nuestros vehículos, o informando sobre los últimos avances en el campo de la inteligencia artificial. Pero, ¿qué pasaría si los humanos pudieran aprovechar el mismo poder digital e incorporarlo a nuestros cuerpos?

Según una nueva investigación publicada recientemente en Nature, un equipo de bioingenieros de la Universidad Estatal de Arizona fue capaz de hacer precisamente eso. Los investigadores crearon un circuito informático a partir del ácido ribonucleico (ARN), la molécula que se encuentra en todas las células que regula el proceso del uso de ADN para producir proteínas, que podrían programarse para producir proteínas sólo bajo ciertas condiciones. Esto podría allanar el camino para muchas cosas, desde herramientas de diagnóstico baratas para virus como el Zika hasta nanobots que puedan programarse para cazar cáncer.

Al igual que el ADN, el ARN se compone de cuatro bases de nucleótidos diferentes: adenina, guanina, citosina y uracilo. Sin embargo, a diferencia del ADN, el ARN no es una doble hélice hecha de pares de nucleótidos, sino que se asemeja más a una cadena, donde cada eslabón está unido por una de las bases de nucleótidos. Es importante destacar que las bases de nucleótidos de ARN sólo pueden unirse entre sí en ciertos patrones: A siempre se empareja con U, y C siempre se junta con G.

El ARN desempeña diferentes funciones en el proceso del uso de ADN para producir proteínas, pero dos de las más importantes son la transcripción y la traducción. La transcripción se refiere al proceso mediante el cual un cierto segmento de ADN se transcribe en una cadena correspondiente de ARN, para crear una especie de copia de ese segmento de ADN. Esta cadena de ARN se transporta fuera del núcleo de la célula que es el hogar permanente del ADN, donde el ARN se utiliza como una especie de manual de instrucciones para construir proteínas.

Cada tipo de proteína requiere un conjunto específico de instrucciones (o secuencia de nucleótidos de ARN) para su formación, de igual manera que construir un coche requiere instrucciones diferentes que construir un estante, por ejemplo. La idea detrás de los nuevos circuitos de ARN es desencadenar únicamente la síntesis de proteínas cuando el circuito de ARN registre un par de bases específico que coincida con la orden dictada por su programación. Esto es igual que una computadora normal, que recibe una señal (en este caso, una base de nucleótidos), y con base en las instrucciones proporcionadas por el programa de computadora produce una señal de salida específica para la señal de entrada (en este caso, una proteína).

Para lograr que esto suceda, los investigadores crearon tres tipos de circuitos informáticos —conocidos como puertas lógicas— de ARN: una puerta de "Y", una puerta "O" y una puerta "NO". La puerta Y sólo produce una señal de salida cuando dos nucleótidos de ARN específicos están presentes. La puerta O produce una señal de salida cuando uno de los dos nucleótidos de ARN específicos está presentes. Finalmente, la puerta NO impedirá cualquier señal de salida si está presente un nucleótido de ARN. Al igual que una computadora, estas puertas lógicas simples pueden combinarse para crear circuitos capaces de resolver problemas informáticos complejos basados en múltiples señales de entrada. En el caso de las computadoras vivientes creadas por los investigadores, cada circuito de ARN está programado para producir una proteína específica.

Debido al emparejamiento predecible de las bases de nucleótidos de ARN, los investigadores fueron capaces de hacer que estos circuitos de ARN se ensamblaran a sí mismos en células bacterianas de E. coli. Estos circuitos permanecen latentes hasta que son estimulados por una cadena de ARN que coincide con la señal de entrada requerida por el circuito específico. El circuito entonces ejecuta su programa y produce la proteína deseada como señal de salida.

"Estamos usando interacciones ARN-ARN muy predecibles y programables para definir qué pueden hacer estos circuitos", dijo en un comunicado Alex Green, un bioingeniero de la Universidad Estatal de Arizona. "Eso significa que podemos usar software para diseñar secuencias de ARN que se comporten como nosotros queramos en una célula, lo que hace que el proceso de diseño sea mucho más rápido".

Esta investigación representa la culminación de un esfuerzo que comenzó en 2012, y Green sospecha que tendrá profundas aplicaciones para el desarrollo de medicamentos inteligentes, la producción de energía verde y, finalmente, nanomáquinas basadas en la biología que se desplieguen para destruir células cancerosas. Green y sus colegas ya han utilizado tecnología de circuitos de ARN similar para detectar el virus Zika en muestras biológicas.

De acuerdo con Green, el siguiente paso sería la creación de redes neuronales basadas en ARN en las células, que sean capaces de analizar los niveles de la señal de entrada y produzcan sólo una una señal de salida una vez que la célula alcance cierto nivel de actividad.

Publicado originalmente en VICE.com