iGEM en América del Sur

Desde el año 2006, el capítulo América Latina del iGEM ha venido diseñando máquinas biológicas con objetivos específicos: remover níquel de agua contaminada en Colombia; detectar y responder a níveles peligrosos de arsénico en Argentina; y localizar y destruir tejido canceroso en México.  La competencia internacional de máquinas diseñadas genéticamente (International Genetically Engineered Machine, iGEM) empezó en 2003 buscando atraer estudiantes y empresarios del mundo entero interesados en diseñar y construir organismos capaces de ejecutar funciones específicas utilizando un Registro Standard de Componentes Biológicos, una colección de genes y elementos genéticos que pueden utilizarse como legos biológicos para construir organismos con nuevas capacidades. Estos elementos genéticos interactúan dentro de plataformas biológicas, células de bacterias o levaduras generalmente, para producir un resultado concreto: la detoxificación metabólica de un compuesto tóxico, la emisión de luz en presencia de metales pesados, o la identificación y destrucción de tejido tumoral. En ese sentido, una de las metas del iGEM es aplicar la rigurosidad y predictabilidad de la ingeniería eléctrica tradicional a lo que al momento constituyen sistemas biológicos largamente incontrolables. En otras palabras, iGEM incentiva a los competidores a aplicar conceptos generalmente asociados con el funcionamiento de un computador durante el diseño y operación de máquinas biológicas sintéticas. Fundamentalmente, un computador es un artefacto capaz de procesar estímulos externos de acuerdo a una colección definida de instrucciones para generar un resultado tangible. En términos de procesamiento informático, entonces, cualquier célula viva es poco diferente: las capacidades de su wetware dependen de su software biológico, su ADN.

Tres años antes de que James Watson y Francis Crick publicaran el primer modelo molecular correcto del ADN, Alan Turing, uno de los primeros científicos de la computación propuso la pregunta: “pueden las máquinas pensar?” imaginando el pensar como una serie de pasos simples, y un pensamiento como la consecuencia de seguir pasos específicos correctamente. A lo que Turing hacía referencia es lo que hoy conocemos como software: las instrucciones que un computador ejecuta para procesar un estímulo externo y generar una respuesta. Durante la última década, las ciencias biológicas se han beneficiado tremendamente de las ideas de Turing: computadores y software nos permiten hoy sintetizar ADN sin organismos, y también construirlos de una manera similar a aquella que utilizamos para construir máquinas.

“Nuestro equipo trabaja en bacterias capaces de detectar, absorver y remover níquel en el agua utilizando magnetismo” explica Laura Rodríguez, una estudiante de bachillerato en la Universidad de los Andes, Bogotá, y miembro del equipo iGEM-Colombia. “Estamos sacando a la ciencia de los laboratorios para hacerla accesible a todo el mundo y construir un mundo major”, añade. Al mismo tiempo, el proyecto iGEM-Colombia podría representar una solución a uno de los problemas ambientales del país. “La idea de remover níquel es una respuesta a las consecuencias negativas de la mina de Cerro Matoso donde las comunidades experimentan problemas graves de salud.” expone Juan Manuel Pedraza, un biofísico investigador en la Universidad y consejero del equipo iGEM-Colombia. Propuestas de investigación que se enfocan en problemas locales, Pedraza añade, son generalmente las más populares.

Mientras, el equipo iGEM-México del Instituto Tecnológico Monterrey ha encontrado una aplicación para las bacterias en medicina: la producción y distribución de proteínas terapeúticas que localizan y destruyen células cancerosas en tumores. Este proyecto resultó finalista en la competición regional juzgada el fin de semana anterior (Octubre 5-6, 2013) en la Universidad Mayor de Chile, y ahora se dispone a representar al continente en el campeonato mundial iGEM en el Massachusetts Institute of Technology en Cambridge, Estados Unidos, en Noviembre.

Prevenir y tratar enfermedades en América del Sur: biodiversidad aplicada?

iGEM contribuye al interés en la biología sintética en el continente, y a la valoración de la riqueza natural de la región como fuente de inspiración. Seis de los diecisiete países más biológicamente diversos del mundo se encuentran en América del Sur: Brasil, Colombia, Ecuador, México, Perú y Venezuela. “Esta biodiversidad única es una de las principales razones para promover la biología sintética” reflexiona Pedraza, consejero de iGEM-Colombia. “Si le pudiéramos dar un valor práctico a nuestra riqueza genética podríamos incentivar su conservación”.

La prevención y el tratamiento de enfermedades puede ser entonces una manera de valorar prácticamente la diversidad biológica de América del Sur. Los efectos de la minería sobre la salud humana constituyen un tema controversial en Colombia. En Ecuador, las tasas de incidencia de cancer incrementan cerca de pozos petroleros. En Brasil, algunos de los pesticidas usados en las plantaciones que actualmente reemplazan el bosque amazónico son conocidos cancerígenos. Entonces, proyectos asociados con la salud ambiental y humana que utilizan microorganismos sintéticos desarrollados a través del iGEM ofrecerían una manera de reconciliar industria y conservación en América del Sur. Primero, al incentivar la preservación de los recursos naturales como fuente de descubrimientos futuros; y segundo, al desarrollar las herramientas necesarias para aplicar éstos recursos utilizando la biología sintética.

En 2011, por ejemplo, un organismo capaz de descomponer el plástico completamente en la ausencia de oxígeno fue descubierto en la Amazonia Ecuatoriana. Si este organismo pudiera colonizar un relleno sanitario típico, podríamos ser testigos del fin de la contaminación por plástico? Además, 60% de los compuestos farmaceúticos exitosamente desarrollados tiene un origen natural, sin embargo, solo el 10% de aproximadamente 250.000 – 750.000 especies de plantas han sido evaluadas por compuestos bioactivos.

Podríamos utilizar la biología sintética para producir un compuesto particular utilizando microbios? La respuesta es sí. De hecho, la farmacéutica francesa Sanofi utiliza cepas de levadura diseñadas por Amyris, una compañía dedicada a la biología sintética en Estados Unidos, para producir precusores de artemisinina, un compuesto efectivo durante el tratamiento de la malaria.

Aún más, mientras nos embarcamos en un período de desarrollo intelectual ambicioso enfocado en entender y aplicar software biológico, enfrentamos un reto similar a aquel que los primeros ingenieros en computación enfrentaron: el decifrar y aplicar lenguajes superiores. En el caso de sistemas biológicos, el lenguaje molecular de la vida se encuentra codificado en por lo menos dos níveles: al nivel de secuencias nucleotídicas que podemos obtener fácilmente y algo entender; y al nivel de las relaciones espaciales dictadas por las propiedades químicas de una secuencia en particular, sus productos y su contexto.

Más de medio siglo después de la pregunta de Turing “pueden las máquinas pensar?”, el Museo de la Historia de la Computación en Mountain View, Estados Unidos, expone una interesante colección de máquinas “pensantes” que ilustra su evolución en nuestras manos. En la sección del museo dedicada a “lenguages de alto nivel” uno puede leer:

“Mientras las computadoras se volvían más baratas, los costos de programación se volvían más significativos respecto a los costos de hardware. El desarrollo de lenguages de alto nivel, más accesibles para el usuario, facilitaron escribir programas más grandes. El costo de crear software ha sido y es, sin embargo, inmenso.”

Estas perspectivas son relevantes hoy, mientras construímos máquinas biológicas que ejecutan una colección de instrucciones para generar un resultado. Ya sea que este resultado es una molécula de interés comercial o un pensamiento, la lógica y los procesos que la hacen posible implican preguntas fascinantes.

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