La Ciencia y sus Demonios

A lo cual, nuestra querida bacteria respondería rápidamente – «Pues mira sí, dame un poco de glucosa». Así podremos empezar una divertida conversación con una bacteria o una levadura, si nos atenemos a los resultados obtenidos por el equipo valenciano que ha participado en el iGEM de 2012. Y es que estos chicos se han currado un proyecto muy ambicioso pero a la vez divertido y con diversas aplicaciones potenciales.
Pero empecemos por el principio, porque probablemente pocos sepan de qué puñetas estoy hablando…

¿Qué es el iGEM?

iGEM son las siglas en inglés de “International Genetically Engineered Machine” y consiste en un concurso organizado por el MIT (Massachussets Institute of Technology) ubicado en Cambridge (USA), donde diversos grupos de estudiantes de todo el mundo compiten desarrollando proyectos relacionados con la Biología Sintética. Para ello, se pone a disposición de los estudiantes todos aquellos componentes biológicos, llamados «biobricks», que les puedan hacer falta para el desarrollo del proyecto. Estos biobricks consisten en genes, promotores, vectores, plásmidos, cepas bacterianas, etc. que podrán y deberán utilizar en el laboratorio. Los proyectos propuestos suelen ser bastante espectaculares y en base al grado de desarrollo alcanzado durante los meses de trabajo, un jurado evalúa y premia a los mejores.

Talking Life

Ahora vamos a centrarnos en el equipo valenciano que participó en el iGEM organizado en 2012. Estos estudiantes de la Universidad de Valencia hicieron una apuesta fuerte, con un proyecto realmente espectacular, en el cual proponían el diseño y construcción de un dispositivo que permitiera «hablar» con un cultivo de células, de modo que se le pudiera hacer una pregunta y el cultivo respondiera en nuestro idioma. El proceso se produciría del siguiente modo:

1. Se hace la pregunta en voz alta.
2. El dispositivo recibe la pregunta y la traduce en forma de pulso de luz, cuya longitud de onda será una u otra según la pregunta que detecte.
3. El pulso de luz incide en el cultivo bacteriano.
4. Las bacterias del cultivo reciben la luz y en base a su estado, emitirán o no otra longitud de onda.
5. Dicha longitud de onda es recogida por el dispositivo, que lo traduce a una respuesta en nuestro idioma.

En este caso, se establecieron 4 posibles preguntas que daban lugar a 8 posibles respuestas, 2 por cada pregunta (Sí o No):

• Pregunta: ¿Tienes hambre?
• Respuestas: No, el medio está tan dulce como tú / Sí, dame de comer por favor.
• Pregunta: ¿Puedes respirar bien?
• Respuestas: Por supuesto, estoy nadando en oxígeno / No, me estoy muriendo de asfixia.
• Pregunta: ¿Tienes suficiente nitrógeno?
• Respuestas: Sí, tengo bastante / No tengo ni para proteínas.
• Pregunta: ¿Tienes calor?
• Respuestas: Sí, refréscame por favor / No, estoy genial.

¿Cómo lo hicieron?

Pues aunque aparentemente esto parece ciencia ficción, realmente es bastante sencillo desde un punto de vista biológico y es ahí, creo yo, donde reside parte de su genialidad (y obviando la parte más electrónica relacionado con el reconocimiento de voz y transducción de señales, etc). La clave residía en tener 4 sistemas independientes que pudieran sensar cada una de las condiciones implícitas en las 4 preguntas propuestas. Para ello, utilizaron 4 plásmidos diferentes que podían expresar 4 proteínas fluorescentes de distintos colores: azul, verde, amarillo y rojo. La expresión de estas proteínas (o más bien de sus genes) se encuentra regulada por un promotor, que viene a ser la cajita de color que aparece delante de cada uno de los genes fluorescentes en la figura de al lado. Un promotor es una secuencia del ADN que permite o no la expresión del gen que le sigue.

Pongamos un ejemplo para aclarar todo esto: si en el medio de cultivo hay glucosa, la glucosa activará una proteína que se unirá al promotor Lac (caja amarilla en la figura) y reprimirá su expresión. Es decir, impedirá que se exprese la proteína azul fluorescente (AmCyan1). Si por el contrario, en el medio no hay glucosa, no habrá proteína represora en el medio y el promotor Lac permitirá la expresión de la proteína azul fluorescente.

Todo este proceso conlleva algo más de complejidad pero creo que con esto podéis os podéis hacer una idea de su funcionamiento. En cualquier caso, lo que va a suceder es que cuando la longitud de onda recibida por el cultivo coincida con la longitud de onda de excitación de alguna de las proteínas fluorescentes que se estén expresando, dicha proteína se excitará y emitirá a su vez luz con una longitud de onda determinada. Ejemplifiquemos de nuevo: supongamos que el cultivo recibe una luz de 493 nanometros que es la longitud de onda de excitación de la proteína ZsGreen1. Si la proteína no se está expresando, no ocurrirá nada. Pero si se está expresando, se excitará y emitirán luz de color verde, con una longitud de onda de 505 nanometros.

Por otro lado, el equipo tuvo que desarrollar un dispositivo que al reconocer una determinada frase o pregunta diera lugar a la emisión de una longitud de onda determinada. Por ejemplo, si la pregunta era ¿Puedes respirar bien?, el dispositivo emitiría una luz de 493 nanometros. Y a su vez, tuvieron que construir el dispositivo inverso, es decir, una vez realizada la pregunta, si las bacterias no emitían ninguna longitud de onda, deberían dar una respuesta, y si detectaban una determinada longitud de onda, la respuesta debería ser otra.

Cabe mencionar que también fueron capaces de implementar este dispositivo para hacer preguntas a un cultivo de levaduras.

Y esto, ¿para qué sirve?

Al margen de la tremenda motivación que puede suponer este tipo de actividades para un grupo de estudiantes de ciencias y del conocimiento que habrán adquirido durante todo el evento, estos proyectos pueden tener aplicaciones potenciales a desarrollar en el futuro. En este caso, el equipo valenciano proponía utilizar este tipo de tecnología en forma de biosensores que se adhiriesen a la piel de una persona (por ejemplo, como un reloj) y fueran capaces de detectar, haciéndole la pregunta correspondiente, si la persona implicada se ha tomado o no la medicación que debe, lo cual puede ser un verdadero problema sobretodo en personas mayores. No obstante, también llevaron a cabo un estudio de los «cheaters», es decir, de los falsos positivos, que serían respuestas del biosensor contrarias a lo que realmente está sucediendo en la realidad. En este vídeo reflejan de un modo cuasi-novelesco qué sucedería con estos «cheaters».

Por último, cabe destacar que este equipo valenciano se llevó una medalla de oro e hicieron una brillante presentación de su proyecto que podréis ver aquí. Desde la Ciencia y sus Demonios les deseamos lo mejor y les auguramos un brillante futuro en el mundo de la ciencia.

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