Computadora biológica-¿Base cuatro ?-

“Unas computadoras biológicas”

Compilado por Manlio E. Wydler (º)

Los primeros computadores eran biológicos: tenían dos brazos, dos piernas y diez dedos. «Computador» era una categoría profesional, no el nombre de una máquina. La profesión desapareció a finales de los años cuarenta del pasado siglo con la creación de las máquinas calculadoras eléctricas y programables. Desde entonces, identificamos los computadores con dispositivos electrónicos.

Así y todo, durante los últimos quince años se está produciendo una especie de renacimiento de la computación en el campo de la biología. Expertos de universidades y de nuevas empresas biotecnológicas creen estar a punto de conseguir las primeras biocomputadoras que dejarán de ser simples artefactos de laboratorio para convertirse en herramientas útiles en el mundo real. Fabricados a base de genes, proteínas y células, tales artefactos incluyen los elementos básicos de la lógica computacional: pruebas de tipo IF/THEN [SI…ENTONCES], operaciones de tipo OR o AND [O o Y], o hasta sencillas operaciones aritméticas. Algunos cuentan con primitivas memorias digitales. Cuando se les introducen los datos biológicos apropiados (input), estas computadoras vivas suelen generar casi siempre respuestas predecibles (output).

En un lustro las primeras computadoras biológicas podrían servir como sensibles y precisas herramientas para el diagnóstico o el tratamiento de enfermedades como el cáncer, los trastornos inflamatorios y ciertas metabolopatías minoritarias. Nosotros, como otros que están ideando estos sistemas lógicos celulares mediante técnicas de ingeniería genética, concebimos un futuro no muy lejano en que serán lo bastante seguros e inteligentes como para ser usados en la detección y el tratamiento de enfermedades. La tecnología hará posible la fabricación de compuestos químicos complejos, como biocombustibles o fármacos, a través de métodos novedosos más rápidos y económicos que los actuales. Y tal vez también nos permitirán hacer frente a los vertidos tóxicos introduciendo en los ecosistemas contaminados organismos diseñados para detectar y descomponer las toxinas.

Ello no significa que la tecnología de la biocomputación esté avanzada. Todo lo contrario: se halla en pañales. No pensemos en el iPhone; pensemos en Colossus.

Colossus fue una de las primeras computadoras electrónicas programables. Si hubiésemos podido acceder a Bletchley Park, el centro ultrasecreto de descifrado ubicado al norte de Londres donde empezó a operar en 1944, lo hubiéramos visto chirriar sin cesar, con la cinta perforada circulando entre juegos de poleas y envuelto por el suave zumbido de sus 1600 tubos de vacío. Comparado con los ordenadores actuales, Colossus era tan rudimentario que daba risa. Ocupaba una sala entera, de ahí el seudónimo. Solo podía ejecutar un puñado de cálculos distintos y no podía almacenar su propio programa. Los operadores tardaban días o semanas en diseñar, cargar y probar cada nuevo programa, y cada vez habían de recomponer el cableado del ingenio.

A pesar de sus limitaciones, Colossus logró descifrar el sistema de clave que los alemanes usaban para codificar sus mensajes importantes, con lo que ayudó a ganar una guerra mundial. Y décadas más tarde, sus descendientes catapultaron la civilización de la era industrial a la era de la información.

Pues bien, las computadoras celulares más impresionantes construidas hasta la fecha son mucho más sencillas y lentas que Colossus. A semejanza de las primeras computadoras electrónicas digitales, no siempre funcionan, solo pueden ejecutar programas muy sencillos y no se pueden reprogramar si no es dentro de un laboratorio. Pero en ellas vislumbramos algo de ese potencial para transformar la sociedad que tuvo la electrónica digital en sus inicios. En un sistema vivo, hasta los pequeños destellos de inteligencia pueden generar resultados casi mágicos si se saben aprovechar.

Estas biocomputadoras se comunican por medio de señales químicas intrínsecamente ruidosas. También resulta problemático predecir su eficacia antes de su construcción, porque sencillamente no sabemos lo suficiente sobre el funcionamiento de las células. Algunos laboratorios y empresas de investigación están ensayando aplicaciones, como células que se puedan ingerir para tratar enfermedades metabólicas. No se ha avanzado mucho desde los estudios de nuestro Premio Nobel Federico Leloir, con sus “computadoras de base cero”. Nota del Redactor).

(º) Ingeniero, Presidente de FAPLEV, Vecino Solidario 2001.

Para comentar: manliowy@yahoo.com.ar

 

Un tesoro biológico

“Describen el aparato de orientación de las Monarcas”

Compilado por Manlio E. Wydler (º)

Cada otoño, millones de mariposas monarca atraviesan Canadá y Estados Unidos y recorren más de 3.000 km hasta el centro de México, llevando a cabo una de las más hermosas y masivas migraciones del reino animal. Este viaje milagroso se repite instintivamente cada generación, pero cómo consiguen los insectos orientarse es todavía un misterio. Científicos de la Universidad de Washington han logrado descifrar el secreto de la brújula interna, codificado genéticamente, que las monarcas utilizan para determinar la dirección suroeste hacia la que deben volar cada año.

 

La brújula interna de las mariposas monarca integra dos tipos de información: la posición del Sol en el horizonte y la hora del día. Básicamente, si tienen que viajar al suroeste por la mañana, vuelan con el Sol a su izquierda, y si tienen que viajar al suroeste por la tarde, se orientan con el Sol a su derecha, con los ajustes correspondientes a lo largo del día. Esto se conocía de investigaciones previas, pero los científicos nunca han entendido cómo el cerebro de la monarca recibe y procesa esta información, que es lo que ahora ayudan a aclarar los resultados de los investigadores de Washington, en colaboración con sus colegas de las universidades de Michigan y Massachusetts.

 

Estas mariposas utilizan sus grandes y complejos ojos para controlar la posición del Sol en el cielo. Sin embargo, eso no es suficiente para determinar la dirección. Cada mariposa también debe combinar esa información con la hora del día para saber a dónde ir. Afortunadamente, como la mayoría de los animales, incluidos los seres humanos, las monarcas poseen un reloj interno basado en la expresión rítmica de genes clave. En su caso, el reloj se centra en las antenas, y su información viaja a través de las neuronas en el cerebro.

Los biólogos han estudiado previamente los patrones rítmicos en las antenas de la monarca que controlan el reloj interno, así como la forma en la que sus ojos compuestos descifran la posición del Sol en el cielo. Los investigadores registraron las señales de los nervios de las antenas en las monarcas cuando transmiten información del reloj al cerebro, así como la información de la luz de los ojos.

De esta forma, elaboraron una serie de ecuaciones para modelar la actividad neuronal de las mariposas. Después de la estimación de las tasas de disparo de las neuronas en las antenas y los ojos, los investigadores extrapolaron cómo esas neuronas podrían interactuar entre sí en un modelo simplificado. Entonces, construyeron ecuaciones que indican si un ángulo determinado de vuelo era correcto o si la mariposa necesitaba guiarse hacia la izquierda o la derecha con el fin de dirigirse al suroeste.

El modelo final predijo las conductas de la vida real de las mariposas para orientarse en un simulador de vuelo en diferentes momentos del día. «Buscamos cuidadosamente una gran cantidad de diferentes tipos de comportamientos que se ven en el vuelo de la mariposa monarca, y el modelo fue capaz de reproducirlos», dicen los científicos.

Una de las principales conclusiones del modelo es la existencia de un «ángulo separatriz», que cambia de posición durante todo el día y marca el punto en el que una mariposa tiene que hacer una rotación completa para volver a orientarse. Si este ángulo es estrecho, cerca del Sol, entonces incluso una pequeña perturbación de la trayectoria del vuelo de la mariposa puede causar que gire alrededor varias veces antes de enfrentarse al suroeste de nuevo. Pero si el ángulo es amplio, con el punto de giro directamente opuesto al Sol, la mariposa puede dirigirse de manera eficiente a izquierda o derecha para corregir su trayectoria de vuelo con sólo cambios menores.

 

«Lo más importante que tenemos que hacer ahora es definir, en términos biológicos, lo que describe el modelo. Podemos utilizar sus parámetros para ayudarnos a diseccionar los circuitos involucrados en la navegación monarca», explican los investigadores. «Lo que esto pone de relieve es que son algo más que animales bonitos. Son un tesoro biológico».

(º) Ingeniero, Presidente de FAPLEV, Vecino Solidario 2001.

Para comentar: manliowy@yahoo.com.ar

Mariposas monarca en ruta hacia el suroeste