- Las células humanas procesan múltiples señales biológicas simultáneamente utilizando menos instrucciones genéticas
- El trans-empalme de ARN permite a las células realizar tareas computacionales complejas de manera eficiente
- Los investigadores han desarrollado con éxito versiones en vivo de sumadores y multiplexores informáticos
Los investigadores de la Universidad Hebrea afirman que las células humanas son capaces de procesar múltiples señales biológicas simultáneamente, de forma muy similar a los pequeños chips de computadora.
La estudiante de doctorado Karen Ross y el Dr. Lior Nissim han desarrollado un sistema genético artificial que permite a las células seguir instrucciones en capas sin la pérdida habitual de confiabilidad.
Sus hallazgos, publicados comunicación de la naturalezaDescribir un mecanismo que eventualmente permite que las células diagnostiquen enfermedades y respondan automáticamente dentro del cuerpo.
Un nuevo método de enumeración genética.
Los circuitos genéticos tradicionales funcionan como edificios altos, donde cada instrucción adicional requiere otra capa de cálculo interno para funcionar correctamente.
A medida que estos sistemas se vuelven más complejos, su rendimiento y confiabilidad en condiciones del mundo real disminuyen rápidamente.
El equipo de la Universidad Hebrea resolvió esta limitación mediante el uso de un proceso natural llamado transempalme de ARN, que combina mensajes genéticos separados dentro de una célula viva.
Combinan este proceso con elementos reguladores tanto naturales como artificiales para crear herramientas moleculares como procesadores biológicos.
El Dr. Nissim explicó que el nuevo método permite a las células ejecutar programas complejos utilizando mucha menos computación y componentes genéticos que antes.
Esta reducción, dice, hace posible construir programas biológicos más avanzados sin sacrificar la precisión o consistencia funcional.
“Nuestro nuevo enfoque permite que las células lleven a cabo programas complejos utilizando mucha menos computación y componentes genéticos”, dijo el Dr. Nissim.
“Esto hace posible crear programas biológicos mucho más avanzados sin perder funcionalidad”.
Para demostrar el sistema, los investigadores construyeron un “sumador completo” biológico, un dispositivo de tres bits capaz de realizar matemáticas binarias simples como un procesador de computadora.
También desarrollaron un multiplexor biológico, un componente que selecciona una señal entre múltiples opciones y la reenvía.
Las proteínas fluorescentes brillantes en diferentes colores permiten al equipo rastrear cómo estas señales se mueven a través de cada célula diseñada en tiempo real.
Hacia la terapia celular programable
El sistema también tiene un mecanismo de protección incorporado que se activa cuando una célula detecta internamente una configuración genética inválida o sobrecargada.
Esto crea una señal de advertencia distinta, que según los investigadores podría, en última instancia, ayudar a prevenir errores durante el tratamiento real.
Como demostración práctica, el equipo programó células para que produjeran interleucina-15, una proteína inmunitaria que se sabe que activa de forma más eficaz las células inmunitarias que combaten el cáncer.
En teoría, células programadas de manera similar podrían monitorear múltiples marcadores de enfermedades a la vez antes de liberar tratamientos solo cuando sea necesario.
Tal precisión puede permitir que futuras terapias se dirijan directamente al tejido enfermo y al mismo tiempo limiten el daño a las células sanas cercanas.
Al reducir el material genético y la energía necesarios para la toma de decisiones celulares, los investigadores han creado un conjunto de herramientas notablemente flexible para trabajos futuros.
Sigue siendo una cuestión abierta y sin resolver si este enfoque puede escalar de manera confiable desde la demostración de laboratorio hasta el tratamiento clínico real.
Aún así, la lógica subyacente sugiere que la medicina puede parecerse cada vez más al diseño de software, con un código biológico que indica a las células con precisión cuándo y cómo actuar.
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