Un proyecto del Instituto de Biología Integrativa de Sistemas (I2SysBio, UV-CSIC), ubicado en el Parc Científic de la Universitat de València (PCUV), investiga con bacterias modificadas genéticamente para que aprendan a decodificar un mensaje. Es el primer paso para utilizar la naturaleza como un superordenador, creando redes neuronales de organismos vivos conectados entre sí, como en el planeta Pandora de Avatar
La aplicación de la ingeniería genética a bacterias para hacerlas capaces de reaccionar a un estímulo asociado a una señal de un código lingüístico es el fundamento de un nuevo proyecto del Instituto de Biología Integrativa de Sistemas (I2SysBio, UV-CSIC). El objetivo es que esta población de bacterias sea capaz de ‘leer’ el código morse, lo que representa un paso adelante para utilizar organismos vivos en computación. La idea que subyace al proyecto es comprobar si seres vivos como las bacterias pueden crear redes neuronales que les permitan tener inteligencia artificial.
La computación biológica estudia cómo utilizar elementos de la naturaleza para procesar y almacenar información. Como cualquier otra rama de la computación, se basa en la combinación de un hardware –células vivas– y un software. En este caso, una población de bacterias de la especie Escherichia coli es modificada genéticamente para que reaccione a una determinada señal y proporcione una computadora que no necesita software. Estas bacterias son capaces de aprender gracias a que se les ha incorporado una memoria en sus genes. “Ahora estamos diseñando bacterias inteligentes que sean capaces de decodificar señales”, comenta Alfonso Jaramillo, director del Laboratorio de Biología Sintética De Novo, en el I2SysBio, y responsable del proyecto.
“Ahora estamos diseñando bacterias inteligentes que sean capaces de decodificar señales. Las partículas que componen la materia poseen una frecuencia de vibración característica. Si se actúa sobre ellas con una frecuencia igual, estas vibrarán con la amplitud máxima posible", Alfonso Jaramillo, director del Laboratorio de Biología Sintética De Novo del I2SysBio
El principio que aplican se basa en la Física, en el fenómeno conocido como resonancia. “Las partículas que componen la materia poseen una frecuencia de vibración característica. Si se actúa sobre ellas con una frecuencia igual, estas vibrarán con la amplitud máxima posible”, explica Jaramillo, que inició su carrera investigadora como físico teórico en el Instituto de Física Corpuscular (IFIC), otro centro mixto de la UV y el CSIC, en el Parc Científic de la Universitat de València.
El equipo de Jaramillo modifica algunos genes de las bacterias para que reaccionen ante una señal, en este caso un pulso químico con una duración temporal concreta como las señales del código morse. Las ‘instrucciones’ de la resonancia se guardan en la memoria de la bacteria. Al recibir la señal programada, las bacterias generan proteínas que provocan que la bacteria se ilumine –fluorescencia–, en un proceso similar al de las sinapsis del cerebro humano.
Emplear hongos como un superordenador
“Obtenemos así un sistema neuromórfico, una población de bacterias que funciona como una superneurona”, describe el científico del CSIC en el I2SysBio. Según Jaramillo, en el futuro la suma de las reacciones de esta población de bacterias sería capaz de decodificar cualquier letra del código morse. De momento podrían leer solo una letra cada vez, pero este es el primer paso para crear en organismos vivos, lo que en computación se conoce como ‘red neuronal artificial’, un concepto inspirado en la biología donde un conjunto de unidades –neuronas– están conectadas entre sí para transmitirse señales.
“Si pudiésemos utilizar este sistema en hongos, que se ha demostrado que son capaces de conducir electricidad y de crear redes entre los árboles, podríamos crear algo parecido al planeta Pandora de la película Avatar”, apunta Jaramillo.
El proyecto ha recibido financiación de la Agencia Estatal de Investigación del Ministerio de Ciencia e Innovación y de la Oficina de Investigación Naval de los Estados Unidos.
Más información
https://de-novo-sb.csic.es
Proyectos I+D Generación de Conocimiento. PID2020-118436GB-I00. Circuitos Genéticos Adaptativos.