La Computacion Natural se puede describir como un area cientifica con dos objetivos: comprender los procesos computacionales que tienen lugar en la Naturaleza (en particular, en la Biologia) y desarrollar modelos computacionales que estebninspirados en la Naturaleza. La Biologia de Sistemas se plantea el siguiente reto: desarrollar modelos matematicos robustos y precisos cuya aplicacion permita describir, comprender y realizar predicciones sobre sistemas y procesos biologicos complejos. A su vez, la incipiente Biologia Sintetica es una disciplina que pretende diseñar y construir nuevos dispositivos y organismos biologicos artificiales, asi como rediseñar y reprogramar los sistemas biologicos naturales.
Investigadores del Grupo de Inteligencia Artificial (LIA) de la Facultad de Informatica de la Universidad Politecnica de Madrid (FIUPM) han diseñado un automata biomolecular y varios circuitos geneticos, con potenciales aplicaciones futuras al campo de la medicina de vanguardia.
El automata molecular detecta in vitro señales de ADN o ARN, segun se programe, pero en el futuro podra operar tambien en el interior del organismo humano, si supera todas las pruebas experimentales. La finalidad ultima de un automata molecular es detectar y tratar enfermedades in situ dentro de un organismo humano. El automata se introduce en el organismo, detecta las anomalias y dispensa el medicamento adecuado en el momento mas idoneo. Los automatas biomoleculares son dispositivos artificiales construidos con biomoleculas y diseñados para operar en un organismo vivo. La ingenieria de estos automatas comienza con la elaboracion de un primer diseño o especificacion utilizando lapiz y papel. A continuacion se realiza un modelo matematico describiendo las ecuaciones que gobiernan su comportamiento. Luego se realiza una simulacion en ordenador y, por ultimo, se implementa en un laboratorio de biotecnologia. Todo este proceso se repetira de manera ciclica hasta que se obtenga un automata con las caracteristicas y la funcionalidad deseada.
El diseño y aplicacion de automatas moleculares programables al diagnostico y tratamiento "in vivo" de enfermedades (tambien denominado "doctor en una celula" o farmaco inteligente) es una reciente y prometedora aplicacion de la Computacion con ADN a la biomedicina, que fue iniciada por el Prof. Yaakov Benenson en el año 2004. El nuevo diseño y el modelo del automata biomolecular desarrollado en la FIUPM se ha remitido a un laboratorio de nanobiotecnologia de la Universidad Tecnica de Munich, donde sera implementado y, si todo funciona, sera aplicado a la investigacion medica.
El mismo grupo de investigacion LIA ha desarrollado asimismo varios diseños de circuitos u osciladores biologicos sinteticos, que tienen como cometido sincronizar la actividad de los automatas biomoleculares en un sistema vivo. Uno de los diseños de circuito biomolecular sintetico desarrollado por este grupo se presenta esta semana en el 3rd International Workshop on Practical Applications of Computational Biology & Bioinformatics (IWPACBB'09), que se desarrolla en Salamanca (España).
El diseño del circuito genetico sintetico presentado en Salamanca emite como salida una señal biologica cuya concentracion varia de manera periodica, a intervalos de tiempo iguales, y que se puede utilizar como señal de reloj para sincronizar procesos biologicos. Este circuito oscilador permite modificar la frecuencia de su señal de reloj (reloj mas rapido o mas lento) y actuara en un circuito biomolecular de manera analoga a la señal de reloj en los computadores digitales. Este diseño tambien sera implementado en la Universidad Tecnica de Munich y, si funciona correctamente, sera donado al Registry of Standard Biological Parts, la base de datos de diseño de circuitos geneticos de codigo abierto de la Fundacion Biobricks, asociada al MIT.
La finalidad de este circuito u oscilador genetico es utilizarlo como un modulo que permita sincronizar la actividad de otros modulos de un circuito genetico mas complejo o como señal de sincronizacion que controle la actividad y el ritmo de operacion de un conjunto de automatas biomoleculares. Estos circuitos osciladores son como semaforos de trafico desplegados en el interior de una celula o una bacteria que controlan y regulan el funcionamiento de los restantes circuitos o automatas biomoleculares. Este proyecto, iniciado en 2006 y que concluye a finales de 2009, esta enfocado a contribuir tanto al avance de la Computacion Natural y de la Biologia de Sistemas utilizando un modelo de computacion distribuido inspirado en la celula (denominado "Sistema P" o computacion con membranas), como contribuir tambien al desarrollo de la Biologia Sintetica, diseñando nuevos circuitos y automatas biomoleculares.
Este proyecto, que dirige el profesor de la Facultad Alfonso Rodriguez-Paton y en el que trabaja el doctorando Jesus Miro Bueno, ha sido financiado por el Ministerio de Educacion y Ciencia (Proyecto TIN2006-15595).
Vinculo recomendado www.upm.es
Fuente: Sergio Peña Herrera
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