Biotecnología computacional

Biotecnología computacional
JACK TUSZYNSKI

DEPARTAMENTO DE BIOFÍSICA
UNIVERSIDAD DE ALBERTA (CANADÁ)
02/02/01


¡El amanecer del nuevo mundo de la biotecnología computacional ya es presente, ya ha llegado! En estos albores del siglo XXI estamos preparados para un
nuevo avance informático: pronto veremos ordenadores a los que no habrá que dar órdenes, puesto que tendrán la capacidad de aprender de manera autodidacta.
El desarrollo de un ordenador biológico rápido, pequeño y en constante evolución, ya no se considera ciencia-ficción. Miembros de la comunidad científica
internacional están combinando materiales con la última tecnología del silicio con vistas a crear dispositivos electrónicos de tamaño más reducido, pero
también más flexibles en términos de estructura y función.

Irónicamente, nuestro propio cerebro nos puede servir de prueba del concepto. En la actualidad, muchos científicos opinan que se puede establecer un
considerable paralelismo entre las neuronas y sus entramados de conexiones y rutas comunicativas, y los "ordenadores humanos". El estudio de las neuronas
podría, pues, proporcionarnos un buen marco de trabajo para el diseño de un computador biológico. El cerebro está compuesto de diez mil millones de neuronas,
cada una de las cuales podría estar conectada con otras mil. Las neuronas transmiten señales eléctricas a través de sus brazos, o axones. Dentro de cada
axón existe una arquitectura paralela de microtúbulos interconectados con otras proteínas, de forma semejante a lo que sucede con el "cableado" interno de
los ordenadores. De hecho, la estructura de los microtúbulos podría haber evolucionado hacia una eficiencia computacional óptima. Las propiedades
piezoeléctricas de estos filamentos proteicos les permiten cambiar de forma, moldearse, ante determinados campos o corrientes eléctricas, lo que los
convierte en excelentes reguladores de la plasticidad sináptica, un mecanismo que podría explicar el principio tan popular de "o lo usas o lo pierdes".
Así, las conexiones sinápticas poco utilizadas se perderían en beneficio de otras más activas.

El biólogo Guenter Albrecht-Buehler demostró que las células perciben su entorno a través de un orgánulo minúsculo denominado el centriolo, compuesto de
microtúbulos que interactúan con la radiación electromagnética. Un grupo alemán de biotecnología, dirigido por Eberhard Unger, pasó a continuación a
demostrar que los propios microtúbulos también pueden ser conductores; dicho equipo está ahora centrándose en la construcción de componentes nanoelectrónicos
utilizando estas y otras proteínas. Al mismo tiempo, la idea de crear aplicaciones bioelectrónicas híbridas combinando materiales biológicos y otros basados
en el silicio está cogiendo fuelle. En ningún lugar es esto más evidente que en el Starlab Inc., un laboratorio de investigación privado con sede en
Bruselas, en el que trabajan de forma interdisciplinar setenta científicos de veintiocho países. En la actualidad, sus vistas están puestas en la creación
de un chip biológico. El objetivo es diseñar componentes nanoelectrónicos utilizando estructuras híbridas de proteína-silicio, con arrays de proteínas como
osciladores biológicos, estimulables con electrodos o acopladores acústicos..

Es poco probable que los ordenadores de ADN puedan llegar a competir, autónomamente, frente a los ordenadores electrónicos. No obstante, la memoria digital
en forma de ADN y proteínas es una posibilidad real, muy real. Más aún, la inteligencia innata de las moléculas de ADN podría ayudar a fabricar estructuras
minúsculas, infinitamente complejas. Se trataría en esencia de utilizar la lógica informática no para hacer cálculos, sino para construir cosas, idea
concebida por Eric Winfree y Paul Rothemund, ambos del California Institute of Technology. Un único tubo de ensayo de tejas de ADN podría realizar diez
trillones de sumas por segundo; su velocidad sería un millón de veces superior a la de un ordenador electrónico. Bernie Yurke, de Lucent, pretende
ensamblar motores moleculares ultrapequeños basados en ADN como componentes de sistemas sintéticos, "nanorobots" capaces de llevar a cabo tareas
individuales, de tal forma que un patrón arbitrariamente complejo pudiese ser transferido a un sustrato de silicio para fabricar circuitos y transistores
a nanoescala. El interfaceado de estas estructuras con células vivas permitirá una multiplicidad de aplicaciones médicas y tecnológicas, inclusive
aplicaciones clínicas no invasivas de diagnóstico y terapia, y dispositivos computacionales.

A una escala todavía mayor, el cheque-regalo de 150 millones de dólares del co-fundador de Netscape, Jim Clark, posibilitó a la Universidad de Stanford el
ensamblado de equipos interdisciplinares de investigación, formados por biólogos y especialistas de otros campos relacionados con la denominada "iniciativa
Bio-X". La investigación interdisciplinar está muy de moda dentro de la comunidad científica, y los científicos, tanto de Estados Unidos como de fuera,
están atreviéndose, cada vez más, a traspasar los muros de cristal de sus respectivos departamentos. En la actualidad, se están formando equipos
multidisciplinares con vistas a modelar procesos y estructuras vivas. Por ejemplo, el objetivo del proyecto CyberCell, dirigido por Michael Ellison,
de la Universidad de Alberta, es comprender en profundidad la naturaleza dinámica y estructural de los procesos celulares, con vistas a recrear
computacionalmente una célula viva.La posibilidad de estudiar y controlar la fisiología celular en silicio asentaría las bases para la creación de otros
ciberorganismos unicelulares y pluricelulares. Se están realizando trabajos en una línea investigadora paralela en la North Dakota State University.
El "Virtual Cell Development Proyect", financiando por la National Science Foundation, tiene como objetivo a largo plazo la creación de un entorno de
aprendizaje activo, en torno a la estructura y las funciones de la célula. En Europa, se está preparando un proyecto semejante, aunque más orientado a la
investigación, que de momento se conoce como Sim-Cell. Recibirá fondos de la Unión Europa y se contempla como un convenio de colaboración entre el Starlab,
BrainMedia (de Marbug, Alemania) y varias universidades socias.

Hasta los especialistas en matemática aplicada se están involucrando activamente en esta compleja línea de investigación. En Canadá, una red de centros
de excelencia, financiada por el gobierno federal, conocida como MITACS (Mathematics, Information Technology and Complex Systems) tiene, entre sus objetivos,
un capítulo biomédico, en el que se contempla el desarrollo de herramientas estadísticas para la investigación genética, modelos matemáticos e informáticos
de epidemias, modelos biomédicos de sistemas celulares y fisiológicos y modelos informáticos de desarrollo farmacéutico. En los Estados Unidos, los
Institutos Nacionales de Salud organizaron un simposio, en junio del 2000, para profundizar en las aplicaciones terapéuticas de la nanotecnología; la
ingeniería y el diagnóstico de los tejidos; el desarrollo de nanoestructuras biomiméticas y los interfaces electrónicos / biológicos. Este congreso supuso
el primer paso firme de una importante iniciativa a nivel nacional en apoyo de la investigación nanotecnológica, sustentada con más de 2000 millones de
dólares. El ex-presidente estadounidense Clinton señaló en una ocasión que el siglo XX pertenecía a la física, pero que el XXI sería el de la biología.
En la actualidad, la biotecnología a nanoescala nos está enseñando que el futuro, y el presente, está precisamente en la eliminación de estas barreras
interdisciplinares. Se espera que el ritmo de innovación y descubrimiento en esta área sea veloz.

Dr. Jack Tuszynski es profesor de biofísica de la Universidad de Alberta y trabaja en sus facultades de Ciencias y de Medicina.
Es el jefe del proyecto "Mathematical Modelling in Pharmaceutical Development"[Modelaje matemático en el desarrollo farmacéutico] del Centro de
Excelencia MITACS. Durante casi un año, el Dr. Tuszynski ha sido jefe de investigación del grupo de neuronas de Starlab, incubadora de alta tecnología
con sede en Bruselas. En la actualidad, está reuniendo a un equipo internacional e interdisciplinar de científicos para emprender un proyecto denominado
Sim-Cell, que tiene como objetivo la creación de un modelo computerizado de una célula viva.

http://nextwave.universia.net/salidas-profesionales/mb/MB5.htm