Los biólogos sintéticos han creado un software que automatiza el diseño de circuitos de ADN para células vivas.

El objetivo es ayudar a los no especialistas a diseñar con rapidez sistemas biológicos funcionales, comenta el biólogo sintético Christopher Voigt, del Instituto de Tecnología de Massachusetts en Cambridge, que dirigió el estudio publicado en Science. "Es el primer caso en que hemos creado, literalmente, un lenguaje de programación para las células", apunta.

En el nuevo software, denominado Cello, un usuario especifica primero el tipo de células que es de interés y lo que quiere que hagan: por ejemplo, detectar las condiciones metabólicas en el intestino y producir un fármaco en respuesta a ellas. Introduce comandos para indicar cómo deben estar conectadas lógicamente estas entradas y salidas, con base en un lenguaje de computación denominado Verilog que los ingenieros eléctricos han empleado durante mucho tiempo para diseñar circuitos de silicio. Finalmente, Cello traduce esta información para diseñar una secuencia de ADN que, cuando se introduzca en una célula, ejecutará las órdenes indicadas.

Voigt explica que su equipo está creando interfaces de usuario que permitirán a los biólogos escribir un solo programa con el que obtener diferentes secuencias de ADN de varios organismos. Cualquier persona puede acceder a Cello a través de una interfaz basada en la red, o mediante la descarga de su código fuente abierto desde el repositorio GitHub en línea.

"Este trabajo resuelve el problema del diseño, construcción y ensayo automatizados de circuitos lógicos en células vivas", comenta el bioingeniero Herbert Sauro, de la Universidad de Washington en Seattle, que no participó en el estudio.

Operar juntos

La creación de Cello necesitó un decenio de esfuerzos, afirma Voigt. La parte más difícil, no consistió en desarrollar el software en sí, sino en lograr que las partes biológicas (puertas lógicas, por analogía con los circuitos electrónicos) operaran juntas de forma fiable para llevar a cabo las funciones programadas en el circuito por Verilog. Por ejemplo, el equipo tuvo que desarrollar una combinación de componentes genéticos que actuaran juntos como un "aislante", con el fin de asegurar que cada parte biológica funcionara con independencia de donde se introdujera la secuencia de ADN.

El diseño de sistemas de computación biológicos complejos que sean fiables constituye un problema central de la biología sintética, según Voigt. Los investigadores observaron que los análogos de los interruptores y transistores electrónicos basados ​​en el ADN funcionarían en casos sencillos, pero fallarían a menudo si se organizaran en circuitos más complejos. Las técnicas de síntesis de genes y el empleo de la secuenciación rápida y de bajo coste para averiguar lo que falla han permitido lograr grandes avances.

El equipo de Voigt puso a prueba 60 diseños realizados con Cello y 45 de ellos funcionó la primera vez. El investigador estima que se necesitaría alrededor de una semana para diseñar 60 circuitos biológicos con Cello; en comparación, un posdoctorado tardó tres años para diseñar, probar y crear un circuito biológico que funcionara, según un artículo publicado por su grupo en 2012.

Según el biólogo sintético Adam Arkin, de la Universidad de California en Berkeley, ajeno al estudio, Cello representa uno de una serie de pasos con los que se pretende impulsar la biología sintética hacia sus objetivos fundacionales, esto es, la utilización de los principios de la ingeniería para el diseño de circuitos biológicos nuevos.

Este artículo se reproduce con permiso y se publicó primero el 31 de marzo de 2016. Su versión en español se publicó  primero en Investigación y Ciencia