25.1: Introducción a la Biología Sintética

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Una célula es como robot en el sentido de que necesita poder percibirla el entorno y el estado interno, realizar cálculos y emitir juicios, y completar una tarea o función. La disciplina emergente de la biología sintética tiene como objetivo hacer que el control de entidades biológicas como las células y las proteínas sea similar al diseño de un robot. La biología sintética combina tecnología, ciencia e ingeniería para construir dispositivos y sistemas biológicos con fines útiles, incluyendo soluciones a problemas mundiales en salud, energía, medio ambiente y seguridad.

La biología sintética involucra todos los niveles de biología, desde el ADN hasta los tejidos. El biólogo sintético tiene como objetivo crear capas de abstracción biológica como las de las computadoras digitales para crear circuitos y programas biológicos de manera eficiente. Uno de los principales objetivos de la biología sintética es el desarrollo de un conjunto estándar y bien definido de herramientas para la construcción de sistemas biológicos que permita que el nivel de abstracción disponible para los ingenieros eléctricos que construyen circuitos complejos esté disponible para los biólogos sintéticos.

La biología sintética es un campo relativamente nuevo. El tamaño y complejidad de los circuitos genéticos sintéticos ha sido hasta ahora pequeño, del orden de seis a once promotores. Los circuitos genéticos sintéticos siguen siendo pequeños en tamaño total (10 ³ - 10 ⁵ pares de bases) en comparación con el tamaño del genoma típico en un mamífero u otro animal (105 - 107 pares de bases) también.

Cortesía de EMBO y Nature Publishing Group. Usado con permiso.
Fuente: Andrianantoandro, Ernesto, et al. “Biología Sintética: Nueva Ingeniería

Reglas para una Disciplina Emergin”. *Biología de Sistemas Moleculares* 2, núm. 1 (2006).

Figura 26.1: Las capas de abstracción en robótica comparadas con las de biología (crédito a Ron Weiss).

Uno de los primeros hitos en la biología sintética ocurrió en el año 2000 con el represor. El represor [2] es una red reguladora genética sintética que actúa como un sistema oscilador eléctrico con periodos de tiempo fijos. Se expresó una proteína verde fluorescente dentro de E. coli y la fluorescencia se midió a lo largo del tiempo. Se configuraron tres genes en un bucle de retroalimentación para que cada gen reprimiera al siguiente gen en el bucle y fuera reprimido por el gen anterior.

Figura 26.2: La red reguladora genética represionista.

(unidades arbitrarias) .png — Cortesía de Macmillan Publishers Limited. Usado con permiso.
Fuente: Elowitz, Michael B. y Stanislas Leibler. “Un oscilatorio sintético

Red de Reguladores Transcripcionales” *Nature* 403, núm. 6767 (2000): 335-8.

Figura 26.3: Fluorescencia de una sola célula con el circuito represor durante un periodo de 10 horas.

El represor logró producir fluctuaciones periódicas en la fluorescencia. Sirvió como uno de los primeros triunfos en biología sintética. Otros logros en la última década incluyen el control programado de la población bacteriana, la formación programada de patrones, la comunicación celular artificial en levaduras, la creación de puertas lógicas mediante la complementación química con factores de transcripción y la síntesis completa, clonación y ensamblaje de un genoma bacteriano.