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>>23/11/17 
     
 
Redes genéticas sintéticas: De la electrónica a la genética
La fabricación de relojes biológicos, o incluso la obtención de unidades de memoria genéticas son algunas de las muchas posibilidades que ofrecen las redes genéticas sintéticas, obtenidas mediante la manipulación del código genético de células procariotas preexistentes. Además, recientes estudios han demostrado la posibilidad de utilizar circuitos electrónicos para diseñar este tipo de redes genéticas sintéticas, que podrían ser de gran utilidad para la implementación de nuevas funciones celulares, así como para la comprensión de la complejidad que envuelve a las interacciones genéticas de los organismos vivos.

Son muchas las posibles aplicaciones de este tipo de redes genéticas que se obtienen mediante la modificación genética de células procariotas. Supongamos que disponemos de una célula donde la producción de una determinada proteína se realiza de manera periódica. Si el periodo es lo suficiente estable, se podría utilizar como un reloj biológico, pudiendo regular procesos como el de vigilia/sueño. Otro ejemplo de las posibles aplicaciones de este tipo de redes es la construcción de interruptores genéticos mediante el diseño de una red genética biestable, es decir con dos posibles estados. Si dichos estados, que corresponden con el nivel de una determinada proteína, se pueden activar mediante una señal externa (la introducción de otra proteína en la célula o incluso por variación de temperatura) se podría considerar a la célula como una unidad de memoria con dos posibles estados, el equivalente a un bit 0/1 en un sistema electrónico.

Y es que en realidad uno de los objetivos de las redes genéticas sintéticas es el de reproducir, mediante organismos vivos, la dinámica de sistemas artificiales para, en un futuro, lograr módulos genéticos que cumplan una determinada función y que puedan ser implementados en organismos vivos. Partiendo de esta premisa, la metodología para diseñar nuevas redes genéticas sintéticas es clara, primeramente se debe elegir la función a realizar por red genética para a continuación determinar que elementos (genes) formaran dicha red. Por ejemplo, si queremos construir una red genética que oscile, deberemos primero analizar qué elementos son necesarios para que un sistema dinámico produzca oscilaciones y si se puede, diseñar el sistema más simple posible. En este aspecto, es necesario un conocimiento profundo sobre sistemas dinámicos, un área donde matemáticos y físicos se mueven como pez en el agua.

Precisamente investigadores del Grupo de Dinámica No Lineal y Teoría del Caos de la Universidad Rey Juan Carlos, en colaboración con investigadores de la Universidad Politécnica de Cataluña, han utilizado circuitos electrónicos como herramienta para el diseño y la comprensión de redes genéticas sintéticas. En un reciente trabajo publicado en la revista Chaos [Alexandre Wagemakers, Javier M. Buldú, Jordi García-Ojalvo and Miguel A.F. Sanjuán. Synchronization of electronic genetic networks. Chaos, 16, 013127 (2006)], se presenta una manera sencilla de diseñar redes genéticas artificiales, mediante la construcción de circuitos electrónicos basados en modelos teóricos que reproducen las interacciones entre genes y proteínas. La construcción de este tipo de circuitos, permite analizar la respuesta de una o varias redes genéticas frente a perturbaciones externas, ya sean de tipo periódico o estocástico (señales ruidosas). El citado trabajo, que ha sido seleccionado en el número de Marzo de 2006 de la revista Virtual Journal of Nanoscale Science and Technology, que edita el American Institute of Physics y la American Physical Society en cooperación con numerosas sociedades científicas, no se detiene en el estudio de una única red, sino además profundiza en la interacción entre un conjunto de redes genéticas. Los resultados muestran como es posible sincronizar el comportamiento dinámico de varias redes genéticas, consiguiendo oscilaciones globales en toda la población. Estos resultados podrían ser aplicados para la obtención de una población celular cuya función fuera la de actuar como reloj de control en diferentes procesos biológicos, gracias a la periodicidad de sus oscilaciones.

FUENTE | URJC - mi+d
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