{"id":3891,"date":"2020-06-29T15:26:00","date_gmt":"2020-06-29T15:26:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.growbyginkgo.com\/2020\/06\/29\/is-dna-hardware-or-software\/"},"modified":"2022-06-09T15:03:33","modified_gmt":"2022-06-09T15:03:33","slug":"el-adn-es-hardware-o-software","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.growbyginkgo.com\/es\/2020\/06\/29\/el-adn-es-hardware-o-software\/","title":{"rendered":"\u00bfEl ADN es hardware o software?"},"content":{"rendered":"
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A mediados de enero<\/span>, un grupo de especialistas en ciencias de la computaci\u00f3n y biolog\u00eda de las universidades de Vermont, Tufts y Harvard anunci\u00f3 que hab\u00eda creado<\/a> una forma de vida completamente nueva: xenobots, los primeros robots vivos del mundo. Este grupo de investigaci\u00f3n cosech\u00f3 c\u00e9lulas epid\u00e9rmicas y cardiacas de embriones de rana, y las dise\u00f1\u00f3 para que realizaran tareas espec\u00edficas con ayuda de un algoritmo evolutivo; despu\u00e9s de eso, las dejaron hacer su voluntad. El resultado fue un organismo programable (como dir\u00eda el doctor Frankenstein: \u201c\u00a1Est\u00e1 vivo!\u201d). Tras ser nombrados en honor de la rana de u\u00f1as africana Xenopus laevis, de la cual fueron cosechados, a estos grupos de c\u00e9lulas se les liber\u00f3 por completo de las restricciones del ADN anfibio. Su comportamiento est\u00e1 m\u00e1s bien determinado por su forma, su dise\u00f1o, y en la actualidad son capaces de realizar tareas sencillas bajo el microscopio. Gracias a su tama\u00f1o min\u00fasculo y adaptabilidad, pronto podr\u00edan usarse en el cuerpo humano para transportar tratamientos m\u00e9dicos o aprovecharse en otros contextos para limpiar el medio ambiente.<\/p>\n<\/div><\/div><\/div><\/div>\n\n

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Como es de esperarse, esto plantea toda clase de interrogantes y desaf\u00edos tanto para la humanidad en general como para la biolog\u00eda sint\u00e9tica. A principios de a\u00f1o, Christina Agapakis, de Grow, discuti\u00f3 algunos de ellos con Michael Levin<\/a>, uno de los cient\u00edficos implicados en la creaci\u00f3n de xenobots. Esta fascinante conversaci\u00f3n ahonda en c\u00f3mo Levin y su equipo descubrieron y conceptualizaron una nueva forma de vida, los posibles usos que vislumbran y lo que esto revela sobre las distintas concepciones que las ciencias de la computaci\u00f3n y la biolog\u00eda sint\u00e9tica tienen sobre el ADN. <\/p>\n<\/div><\/div><\/div><\/div>\n\n

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CHRISTINA AGAPAKIS<\/span>: Me interesa el tipo de lenguaje que utilizas para describir estos xenobots y la forma en que conceptualizas lo que algunas personas denominan una nueva forma de vida. \u00bfQu\u00e9 inspir\u00f3 este proyecto? \u00bfQu\u00e9 impuls\u00f3 la direcci\u00f3n que tom\u00f3 esta investigaci\u00f3n?<\/p>\n<\/div><\/div><\/div><\/div>\n\n

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MICHAEL LEVIN<\/span>: Nuestro grupo de investigaci\u00f3n estudia la toma de decisiones a nivel celular. Nos interesa lo que se conoce como cognici\u00f3n basal: la capacidad de cualquier ser vivo \u2014 desde redes moleculares hasta c\u00e9lulas y tejidos, desde organismos individuales hasta enjambres \u2014 de tomar decisiones, aprender de su entorno, almacenar recuerdos. Est\u00e1bamos ideando nuevas formas de modelos m\u00ednimos que fueran sint\u00e9ticos o producto de la bioingenier\u00eda en los que pudi\u00e9ramos construir sistemas protocognitivos b\u00e1sicos desde cero y tener la capacidad genuina de entender de d\u00f3nde proven\u00edan sus habilidades. <\/p>\n<\/div><\/div><\/div><\/div>\n\n

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Tambi\u00e9n nos interesa la plasticidad de las c\u00e9lulas y los tejidos. \u00bfQu\u00e9 otras cosas pueden hacer que sean distintas a lo que dispone su gen\u00e9tica? Nuestro equipo cree que lo que el genoma hace es determinar el hardware de estas c\u00e9lulas: las prote\u00ednas, los componentes se\u00f1alizadores y los componentes computacionales. Cuando estas cosas se ejecutan a multiescala en sistemas biol\u00f3gicos, observamos un tipo de software interesante que determina la estructura y la funci\u00f3n. Llevamos a\u00f1os trabajando en la posibilidad de reprogramar dicho software, lo que implicar\u00eda darles a las c\u00e9lulas y los tejidos est\u00edmulos o experiencias novedosos para cambiar la forma en que toman decisiones en t\u00e9rminos de morfog\u00e9nesis y de comportamiento, sin cambiar en realidad su hardware.<\/p>\n<\/div><\/div><\/div><\/div>\n\n

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CHRISTINA<\/span>: Es fascinante porque es distinto a como se suelen usar los conceptos de hardware y software en el mundo de la biolog\u00eda sint\u00e9tica. Cuando la gente de Ginkgo o especialistas en biolog\u00eda molecular o sint\u00e9tica hablan de software, suelen referirse al c\u00f3digo de ADN. \u00bfA qu\u00e9 te refieres al hablar de software?<\/p>\n<\/div><\/div><\/div><\/div>\n\n

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MICHAEL<\/span>: Mi perspectiva es completamente distinta. No creo que el ADN sea el software. Y no es que haya una \u00fanica met\u00e1fora v\u00e1lida, pero la que para nuestro equipo es \u00fatil es la idea de que la fisiolog\u00eda en tiempo real del organismo es el software. Yo vengo de las ciencias computacionales y por eso abordo este tema desde una perspectiva inform\u00e1tica. En el caso del software, lo importante es que, si tu hardware es lo suficientemente bueno \u2014 y considero que, probablemente, en este punto toda la vida es lo suficientemente buena \u2014 entonces el software se puede reescribir. Eso significa que puedes alterar en gran medida lo que hace sin modificar el hardware.<\/p>\n<\/div><\/div><\/div><\/div>\n\n

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100 dise\u00f1os para un organismo andante, compuesto de tejido cut\u00e1neo pasivo (cian) y m\u00fasculo cardiaco contr\u00e1ctil (rojo). Las computadoras modelan las din\u00e1micas de los ladrillos biol\u00f3gicos y los usan como bloques de LEGO para construir distintas anatom\u00edas de los organismos. El trazo multicolor da seguimiento a su comportamiento durante la simulaci\u00f3n. (Cr\u00e9dito: Sam Kriegman)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n<\/div><\/div><\/div><\/div>\n\n
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La gente no tiene problemas con esto en el mundo de la computaci\u00f3n. Cuando cambias de Photoshop a Microsoft Word, no sacas el caut\u00edn y te pones a modificar el cableado de la computadora, \u00bfcierto? De hecho, as\u00ed funcionaba la computaci\u00f3n en los a\u00f1os cuarenta del siglo XX, y creo que la biolog\u00eda se encuentra en ese punto en la actualidad. Todo gira en torno al hardware. A la gente le interesa mucho la edici\u00f3n gen\u00f3mica y el recableado de las redes regulatorias de genes. Y todo eso es importante, pero siguen siendo cosas que est\u00e1n al nivel de la m\u00e1quina. En el grupo consideramos que el ADN produce hardware celular que en realidad implementa software fisiol\u00f3gico, el cual se puede reescribir. Eso significa que puedes alterar en gran medida el comportamiento del sistema sin tener que ingresar en \u00e9l y cambiar sus componentes. Creo que es una de las cosas maravillosas de la biolog\u00eda. La plasticidad es extraordinaria.<\/p>\n<\/div><\/div><\/div><\/div>\n\n

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Te dar\u00e9 un ejemplo sencillo de a qu\u00e9 me refiero cuando hablo de software. Trabajamos con platelmintos, los cuales tienen cabeza y cola. Lo que hemos demostrado es que hay un circuito el\u00e9ctrico que almacena la informaci\u00f3n de cu\u00e1ntas cabezas se supone que debe tener el platelminto y d\u00f3nde se supone que deben estar ubicadas. Lo importante de este circuito es que tiene un interesante aspecto memor\u00edstico. Con el uso temporal de f\u00e1rmacos que act\u00faan sobre los canales i\u00f3nicos, es posible reescribir de forma transitoria el estado estacionario de este circuito el\u00e9ctrico para inducir un cambio permanente en el plano corporal del animal.<\/p>\n<\/div><\/div><\/div><\/div>\n\n

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CHRISTINA<\/span>: En el fondo es una cuesti\u00f3n el\u00e9ctrica. <\/p>\n<\/div><\/div><\/div><\/div>\n\n

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MICHAEL<\/span>: Es el\u00e9ctrico y f\u00edsico. Buena parte de nuestro trabajo en el laboratorio es sobre bioelectricidad del desarrollo; es decir, las comunicaciones y los c\u00f3mputos el\u00e9ctricos en tejido no neuronal. Hemos descubierto que el tejido del platelminto almacena este patr\u00f3n el\u00e9ctrico del estado estacionario, el cual determina cu\u00e1ntas cabezas se supone que debe tener. La gen\u00e9tica contribuye con una parte del hardware, la cual organiza dentro de s\u00ed el patr\u00f3n el\u00e9ctrico que provoca que las c\u00e9lulas generen una cabeza, una cola. Es lo predeterminado. Ahora que entendemos c\u00f3mo funciona \u2014 y mira que tardamos unos buenos quince a\u00f1os en llegar a este punto \u2014 podemos intervenir y reescribir dicho estado el\u00e9ctrico. Lo m\u00e1s incre\u00edble sobre ese circuito es que, como todo buen circuito de memoria, una vez que lo reescribes, se vuelve estacionario y almacena la informaci\u00f3n, salvo que reviertas la reescritura.<\/p>\n<\/div><\/div><\/div><\/div>\n\n

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Es posible reescribirlo de tal forma que, si cortas al gusano por la mitad, se crean gusanos con dos cabezas y sin cola. Esos gusanos de dos cabezas, a su vez, siguen creando gusanos de dos cabezas si los vuelves a cortar por la mitad. Todos esos gusanos tienen secuencias gen\u00f3micas completamente normales. El ADN est\u00e1 intacto. Eso significa que la informaci\u00f3n sobre cu\u00e1ntas cabezas se supone que debe tener el gusano no est\u00e1 definida directamente por la gen\u00e9tica.<\/p>\n<\/div><\/div><\/div><\/div>\n\n

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La gente est\u00e1 c\u00f3moda con estas nociones en electr\u00f3nica: enciendes algo y hace algo. Si es un aparato electr\u00f3nico interesante, lo puedes reprogramar para que haga otra cosa. Resulta que los circuitos el\u00e9ctricos biol\u00f3gicos son exactamente as\u00ed y tienen una plasticidad extraordinaria. Son excelentes para permitir que algunos de esos estados el\u00e9ctricos se reescriban. Una vez que sabemos c\u00f3mo hacerlo, es posible reprogramar de verdad esas memorias de patrones. Son estructuras en los tejidos que les dicen a las c\u00e9lulas qu\u00e9 hacer a gran escala. A ese tipo de cosas me refiero cuando hablo de software. Son estructuras fisiol\u00f3gicas en los tejidos que brindan informaci\u00f3n instructiva sobre su crecimiento. <\/p>\n<\/div><\/div><\/div><\/div>\n\n

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CHRISTINA<\/span>: \u00bfC\u00f3mo llev\u00f3 esta investigaci\u00f3n a los xenobots?<\/p>\n<\/div><\/div><\/div><\/div>\n\n

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MICHAEL<\/span>: Quer\u00edamos un sistema sint\u00e9tico ascendente en donde pudi\u00e9ramos observar este fen\u00f3meno desde cero. En especial quer\u00edamos entender no s\u00f3lo el hardware de las c\u00e9lulas, sino tambi\u00e9n los algoritmos que les permiten cooperar en grupo. Josh Bongard<\/a>, de la Universidad de Vermont, es especialista en inteligencia artificial y rob\u00f3tica, y \u00e9l y yo hemos tenido varias conversaciones sobre c\u00f3mo la biolog\u00eda puede contribuir al dise\u00f1o de inteligencia artificial y de rob\u00f3tica adaptativa y de enjambres, y sobre c\u00f3mo las herramientas y los conceptos complejos sobre el aprendizaje automatizado y la computaci\u00f3n evolutiva pueden ayudar a comprender distintos niveles biol\u00f3gicos. De forma org\u00e1nica se convirti\u00f3 en nuestro compa\u00f1ero en este proyecto, y por ende decidimos establecer una integraci\u00f3n estrecha entre modelaci\u00f3n computacional e implementaci\u00f3n biol\u00f3gica. <\/p>\n<\/div><\/div><\/div><\/div>\n\n

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Tomamos unas cuantas c\u00e9lulas de un embri\u00f3n de rana y las dejamos replantear su multicelularidad. Las c\u00e9lulas individuales son muy competentes y hacen toda clase de cosas por s\u00ed solas. \u00bfC\u00f3mo las convences entonces de trabajar en conjunto para cumplir metas m\u00e1s grandes? En el cuerpo, las c\u00e9lulas contribuyen a obtener resultados sustanciales, como crear una extremidad o un ojo, o remodelar un rostro. Se les convoca a hacerlo, y se detienen una vez que terminan. Entonces, cuando una salamandra pierde una extremidad y el cuerpo reconstruye la extremidad, observamos que este colectivo sabe c\u00f3mo debe verse una salamandra, pues detiene la reconstrucci\u00f3n tan pronto est\u00e1 completa. Por lo tanto, quer\u00edamos saber c\u00f3mo estos colectivos de c\u00e9lulas almacenan y procesan ese tipo de memorias de patrones anat\u00f3micos a gran escala.<\/p>\n<\/div><\/div><\/div><\/div>\n\n

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Liberamos a las c\u00e9lulas de rana de las condiciones limitantes del embri\u00f3n. Y les dijimos: helas aqu\u00ed, en circunstancias novedosas, en un entorno novedoso, as\u00ed que \u00bfqu\u00e9 quieren hacer? Lo que observamos es que las c\u00e9lulas gustosamente cooperan las unas con las otras. Crean una m\u00e1quina viviente sint\u00e9tica con comportamientos completamente distintos a los predeterminados. No se parecen en absoluto a un renacuajo, a un embri\u00f3n de rana. Las hemos grabado haciendo cosas interesantes: deambulan, hacen laberintos, cooperan en grupos, se comunican se\u00f1ales de da\u00f1o celular entre s\u00ed. Colaboran para construir cosas a partir de otras c\u00e9lulas sueltas.<\/p>\n<\/div><\/div><\/div><\/div>\n\n

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Creo que estamos revelando la punta del iceberg de lo que las c\u00e9lulas est\u00e1n dispuestas a hacer en circunstancias novedosas y de qu\u00e9 tan pl\u00e1sticas son en realidad. De ah\u00ed surgi\u00f3 este proyecto: de tratar de entender qu\u00e9 m\u00e1s pueden hacer las c\u00e9lulas, adem\u00e1s de sus comportamientos predeterminados. Y es lo que tenemos aqu\u00ed.<\/p>\n<\/div><\/div><\/div><\/div>\n\n

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