Científicos Ingeniero de células vivas como "puertas lógicas"

En un paso que acerca el día de las computadoras celulares, un equipo de científicos estadounidenses de la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins en los Estados Unidos ha diseñado células vivas para que se comporten como puertas lógicas., o unidades computacionales biológicas simples que producen ciertos productos en respuesta a ciertas combinaciones de entradas.
En la edición de mayo de Naturaleza Biología Química, el autor principal Takanari Inoue, profesor asistente del Departamento de Biología Celular de Johns Hopkins y miembro del Centro de Dinámica Celular del Instituto de Ciencias Biomédicas Básicas, y sus colegas, describen cómo lograron que las células de los mamíferos se comportaran como AND y O puertas lógicas.
En el corazón de cada computadora digital hay "puertas lógicas" que realizan operaciones booleanas o lógicas como NOT, AND y OR. Estas puertas reconocen y responden entendiendo solo dos estados: verdadero (1) y falso (0).
Por ejemplo, la puerta Y tiene dos entradas, y emite a 1 solo cuando ambas entradas son 1. Entonces para esta puerta, de las cuatro posibles combinaciones de entrada 00, 01, 10 y 11, solo la combinación 11 produce un 1; las otras tres combinaciones dan como resultado un 0.
La puerta OR también tiene dos entradas, pero emite un 1 cuando una o ambas son un 1. Entonces, de las cuatro combinaciones posibles 00, 01, 10 y 11, solo el 00 conduce a 0, para las otras tres combinaciones, la puerta OR emite a 1.
En las computadoras electrónicas, las compuertas lógicas son componentes basados ??en silicio, y los estados Verdadero y Falso (1 y 0) están representados por la presencia o ausencia de una corriente eléctrica.
Ahora imagine que podría hacer un procesador lógico similar dentro de una celda. ¿Qué componentes y características podrías usar? Un enfoque es usar la maquinaria genética dentro de las células, de hecho esto ya se ha hecho. Estudios previos han utilizado la trascripción, el proceso a través del cual las células leen genes para producir proteínas, para generar resultados. Pero esto es lento y puede llevar de minutos a días. Y la necesidad de velocidad es un factor clave en esta investigación, como explicó Inoue:
"A la gente le gusta tener un cálculo rápido. Estábamos esperando lograr el cálculo en las células en el orden de segundos, que es significativamente más rápido que lo que la gente ha logrado hasta ahora".
Inoue y sus colegas decidieron intentar desarrollar un sistema basado en proteínas celulares.
Lo lograron utilizando una técnica llamada dimerización químicamente inducible (CID) que despliega mecanismos biológicos naturales para fusionar dos proteínas en un complejo en presencia de un químico.
Como las compuertas AND y OR crean salidas basadas en dos entradas diferentes, ya sea juntas o por separado, el equipo necesitó dos sistemas CID diferentes que no competían o se superponían entre sí.
Se basaron en un sistema CID que se ha estudiado durante años, que combina las proteínas animales FRB y FKBP en presencia de una droga llamada rapamicina que se deriva de las bacterias.
Además, utilizaron un segundo sistema CID que reúne las dos proteínas vegetales GID1 y GAI, en presencia de una hormona vegetal llamada giberelina.
Inoue explicó que dado que el sistema de giberelina se basa en plantas, no compite con la rapamicina de base animal.
Él y sus colegas diseñaron células de mamífero que producen las cuatro proteínas, así como una respuesta, cuando las dos proteínas correctas se unen.
Por lo tanto, cuando FRB y FKBP o GID1 y GAI se unieron, la membrana de la célula desarrolló "volantes" que eran fáciles de ver bajo un microscopio.
Para hacer que la puerta O, FRB y GAI se unieron en la membrana celular, mientras que FKBP y GID1 se unieron flotando libremente en la célula. La operación de OR se produjo al agregar rapamicina O giberelina O ambos, porque cualquiera de estos dio como resultado que el par de flotación libre se vincule al par en la membrana, para hacer que la señal de salida.
Para hacer la puerta AND, el equipo puso solo GAI en la membrana celular, y solo tenía FRB y una combinación de FKBP y GID1 flotando libremente en la celda. En este sistema, las cuatro proteínas tenían que unirse para generar una señal de salida, que solo se producía cuando estaban presentes tanto la rapamicina como la giberelina.
Cuando probaron estos sistemas, el equipo descubrió que producían las respuestas requeridas rápidamente, en solo unos segundos.
Como segunda prueba de principio, también probaron el sistema usando fluorescencia como la señal de salida requerida. Descubrieron que esto fue igual de rápido.
Inoue dijo que eventualmente sería posible usar estos métodos para construir circuitos lógicos más grandes y complejos y para que las computadoras se basen en las células.
Mientras tanto, estos sistemas podrían aprovecharse más o menos como lo hacen: por ejemplo, podrían producir productos específicos en presencia de ciertos productos químicos, una herramienta de diagnóstico útil.
Otro uso potencial es estudiar cómo las células producen de forma natural productos para regular las funciones corporales.
Los fondos del Instituto Nacional de Salud (NIH), la Fundación Nacional de Ciencia y el Centro Nacional de Recursos de Investigación de la NIH y NIH Roadmap for Medical Research, ayudaron a pagar el estudio.
Escrito por Catharine Paddock PhD

AAP: abstenerse del alcohol durante el embarazo

Muchas futuras madres están poniendo a sus bebés en riesgo de numerosos efectos físicos y psicológicos al beber alcohol. Un informe publicado en Pediatrics advierte que el consumo de cualquier alcohol durante el embarazo es inaceptable. El consumo de alcohol durante el embarazo pone al niño en riesgo. En el informe, la Academia Estadounidense de Pediatría (AAP, por sus siglas en inglés) identifica la exposición prenatal al alcohol como la principal causa prevenible de defectos congénitos y discapacidades intelectuales y del neurodesarrollo en los niños.

(Health)

¿Fatiga en general, no solo IMC, peso, para medir la obesidad?

Un nuevo estudio de JAMA publicado en línea el miércoles sugiere que cuando las personas consumen consistentemente más calorías de las que sus cuerpos pueden quemar cada día, parece que ganan grasa corporal y pierden músculo magro si su dieta es baja en proteínas. Los expertos que comentan en el mismo número de la revista dicen que esto significa que para enfrentar la obesidad debemos centrarnos en la gordura general de las personas y no solo en el índice de masa corporal o el peso corporal.

(Health)