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» » » Diseñando células con nuevas funciones en los sistemas biológicos

Las bacterias no suelen tomar fotografías. Tampoco atacan a las células tumorales ni fabrican productos químicos. Pero con la ayuda del ingeniero biólogo Chris Voigt, pueden hacer todo eso y más.

Voigt, entró en la facultad del MIT en julio, como profesor adjunto de ingeniería biológica, le gusta jugar con las bacterias y otros microbios y conseguir que realicen multitud de tareas útiles que nunca harían de forma natural, un enfoque conocido como biología sintética.

Por ejemplo, para desarrollar su "cámara bacteriana", Voigt y sus alumnos insertaron un sensor detector de luz de una alga dentro de la bacteria E. coli, junto con un gen que crea la bacteria con el que produce un pigmento negro. La hoja de la bacteria actúa como la "película", y cuando se toma una plantilla que se coloca sobre la película y la luz brilla sobre ella, una imagen de las formas de la plantilla se imprime sobre la hoja de la bacteria.

De igual modo, se incorporan los genes de otras bacterias en el el tumor de la E. coli, capaces de detectar niveles bajos de oxígeno y de alta densidad celular, ambas condiciones se encuentran frecuentemente en los tumores. Voigt, que estuvo en la facultad de la Universidad de California en San Francisco, antes de llegar al MIT, vinculaba entonces los genes con un circuito celular que desencadena la producción de una proteína llamada invasina, que es la que permite a la E. coli invadir las células de los mamíferos.

Pese a que Voigt se metió en este campo casi por accidente, ha cumplido con la biología sintética. Como estudiante en la Universidad de Michigan, se especializó en ingeniería química, centrándose principalmente en los estudios teóricos de la mecánica de reacción y la catálisis. Pero un día, fue a la facultad de química para recoger un examen, un profesor al verlo cerca de su puerta le invitó a entrar, pensando que era un estudiante que había solicitado un trabajo de verano (por cierto, el alumno aquél no se presentó).

"Yo estaba allí parado, así que empezamos a hablar", recuerda Voigt. "Él estaba haciendo un plegamiento de proteínas y debido al trabajo que yo había estado haciendo sobre la catálisis, tuve la oportunidad de conversar con él sobre algunos de los fundamentos teóricos de plegamiento de proteínas, así fue como me dieron el trabajo, y así es como me metí en la biología, pero yo nunca había estado realmente en ninguna de las clases sobre ello."

Terminando el posgrado en el Instituto de Tecnología de California, comenzó a trabajar en la evolución dirigida de proteínas, en concreto, en el desarrollo de un programa de ordenador que identificara los sitios donde las mutaciones de una proteína produjeran una proteína mejor. Durante una temporada post-doctoral en la Universidad de California en Berkeley, se fue interesando en la biología sintética, que por entonces surgía como un nuevo campo, basado en la idea de que los nuevos circuitos biológicos podrían ser ensamblados a partir de un conjunto de piezas estandarizadas, en este caso, los genes.

En Berkeley, Voigt trabajó en la extracción de dichos circuitos genéticos de una bacteria llamada B. subtilis, y la reconstituyó en la E. coli, así podían estudiarlo de forma aislada. Al unirse a la facultad, en la UCSF, comenzó a trabajar en la construcción de circuitos simples, como un sensor que responde a un estímulo específico, y eso le llevó a su cámara bacteriana.

Circuitos complejos

Voigt, que ahora es co-director del nuevo Centro de biología sintética del MIT, está actualmente trabajando en la construcción de sistemas de más alta interconección, que incluyen sensores y circuitos que puedan responder a las entradas de los sensores.

"Justo ahora estamos integrando los componentes dentro de una célula individual. Uno de los problemas para lograr todas las piezas que interactúan unas con otras", dice. Y otro reto es prevenir qué piezas se supone que no interactúan.

"Si queremos crear un sistema con 50 circuitos que están todos trabajando juntos, como parte del cálculo para saber qué células están funcionando, entonces necesitamos que ninguno de estos circuitos individuales interfiera con los demás. De esta manera, se convierte en un desafío exponencial a la hora de construir cada nuevo circuito adicional, y demostrar que no interactúa con ninguno de los demás", señala Voigt.

Estos complejos circuitos podrían constituir la base de los microbios que pueden regular sus propios procesos de fermentación, por ejemplo, la levadura que fermenta la biomasa en etanol. La fermentación de etanol produce acetato,  un subproducto que es tóxico para la levadura. Por tanto, las cubas de fermentación deben estar equipadas con sensores que detectan niveles peligrosos de acetato y tomar medidas correctivas, como frenar el suministro de alimentos a los microbios (glucosa).

Con el uso de la biología sintética, es posible que esta monitorización de procesos podría ser transferido a las propias células. Las células de levadura sentirían los niveles elevados de acetato y apagarían sus propios transportadores de glucosa, hasta que los niveles de acetato volvieran a bajar.

Voigt dice que él vino al MIT, en parte debido po su enfoque de la ingeniería biológica, como una manera de impactar en una variedad de campos, no sólo en la medicina, sino también en la agricultura, la energía, la química industrial y en  limpieza del medio ambiente y los materiales, hasta recabar en el nuevo Centro de Biología Sintética, donde ha reclutado a investigadores de una amplia gama de campos.

"Nuestra esperanza es que este lugar reúna realmente a diferentes personas con los mismos objetivos, y que piensen de forma innovadora acerca de los tipos de sistemas que se pueden diseñar", concluye Voigt.


Referencia: MIT.news.edu, 21 febrero 2012, por Anne Trafton
Imagen: Chris Voigt, foto de M.Scott Brauer

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Editor del blog Pedro Donaire

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