Ingeniería de la Biología :¿ De donde nació esta noción?
por Uriel Barboza Pérez
Una de las preguntas más frecuentes que se puede hacer uno cuando se empieza a “adentrar en el mundo de la biología sintética es : ¿Qué tiene de diferente la biología sintética con lo que ya se hacía originalmente con la ingeniería genética? ¿Son lo mismo? ¿Son diferentes?
Analogía en Biología Sintética : Bio-Robots
Para poder entender bien la diferencia primero debemos entender cómo es que empezó a surgir esta noción de hacer que la biología sea más como un proceso de ingeniería. Primeramente debemos irnos a los años 90s a un laboratorio de Robótica o de ingeniería electrónica o un laboratorio de ingeniería computacional . Y si es curioso pensarlo, pero la realidad es que la biología sintética nació de la mano de gente que no era experta en el área biológica.Dos claros ejemplos de esto ( aunque no son los únicos) los podemos ver en 2 de las personas que son consideradas como influyentes en biología sintética, el ingeniero Tom Knight quien formaba parte del laboratorio de inteligencia artificial del MIT y en aquel entonces al estudiante de ingeniería computacional del MIT, Ron Weiss.
En ese entonces algunos investigadores como Ron weiss , se encontraban trabajando con la noción de cómo es que podemos usar la biología para poder entender cómo programar mejores computadoras.
La noción de Weiss tenía y tiene mucho sentido ya que en la biología existen organismos , como en el caso de una célula, que pueden llevar a cabo miles de operaciones y suboperaciones robustas de una manera eficiente. Sin embargo un día él decidió cambiar el giro de su investigación y en vez de usar la biología para poder programar computadoras decidió usar lo que sabía acerca de programación de computadoras para poder programar a la biología.
Y bueno aunque esta era la idea, más allá de programar a la célula como una computadora, lo que se buscaba era más una analogía en la manera en la que programamos a un robot.
¿Un robot dirás?
Bueno pues un robot es un sistema que tiene un comportamiento específico que quieres programar. Este robot interactúa con el ambiente, procesa esa información del ambiente ,actúa y toma decisiones sobre qué hacer. Lo que se busca hacer con esta analogía de “biorobots” es exactamente lo que quisiéramos entender y tratar con la biología sintética es decir, ¿ podemos hacer algo similar con las células? ¿Podemos programar a las células de la misma manera en la que programamos un robot?
¿Si pudieras programar a las células para poder hacer lo que quieras que harías?
La idea de poder programar células de la manera en la que nosotros lo deseamos suena como algo prometedor y lo cierto es que aún no se ha llegado a esa noción y a esa realidad , sin embargo hoy en día hay un gran progreso y cada vez se ha logrado y aumentado nuestra capacidad para poder programar células de la manera en la que queremos.
Can we make biology easier to engineer?
No obstante aunque la biología sintética inició con la idea de poder programar la biología, hoy en día la biología sintética busca tratar de responder una pregunta esencial :¿ Podemos hacer que la biología sea más como una disciplina ingenieril?
Uso de otras ingenierías en la creación de nuevos sistemas biológicos
Así como existe la analogía de la célula como un biorobot, también existe la analogía en la manera en la que se pueden crear estos nuevos sistemas biológicos de la misma forma en la que se hace en otras áreas de ingeniería. Como ejemplo tenemos que en otras áreas de ingeniería como en la computacional o electrónica , para la creación de un red de computadoras se necesita una creación de tipo Bottom Up (abajo hacia arriba en español) . Es decir, empezar desde los componentes individuales que tienen funciones específicas y que se pueden juntar con más partes para poder crear sistemas complejos como por ejemplo, memoria, compuertas lógicas ,módulos y así sucesivamente hasta llegar a la red interactiva de computadoras o robots.
De lo macro a lo micro
No obstante el estudio de la biología se ha basado más en un estudio de tipo Top Down, donde se estudia el complejo más grande y de ahí se estudia cada componente individual. Esto sin duda ha ayudado a entender mejor nuestro entorno, sin embargo ¿qué tal si pudiéramos usar el sistema bottom up en la biología?
Así que al encontramos en estas áreas de ingeniería otra manera de diseñar sistemas complejos nos ayuda a pensar:¿ cómo podemos usar las herramientas de otras áreas de ingeniería para poder programar y diseñar nuevos sistemas biológicos?.
Y bueno con esta última idea, si bien descrita de una manera vaga, podríamos tratar de dirigirnos masomenos hacia una definición de lo que es la ingeniería biológica o biología sintética.
Hacia una definición
Si alguien busca en internet la definición de biología sintética se va a encontrar con una gran cantidad de ellas y lo cierto es que no hay una definición exacta ya que incluso los mismos líderes del área la definen y la entienden de una manera diferente.
Algunas de ellas como por ejemplo:
“Synthetic biology is a) the design and construction of new biological parts, devices and systems and b) the re-design of existing natural biological systems for useful purposes.” Fuente: Synthetic biology.org
“Synthetic biology is the engineering of biology: the synthesis of complex, biologically based (or inspired) systems which display functions that do not exist in nature. This engineering perspective may be applied at all levels of the hierarchy of biological structures — from individual molecules to whole cells, tissues and organisms. In essence, synthetic biology will enable the design of ‘biological systems’ in a rational and systematic way.” Fuente: High-level Expert Group European Commission
“La Biología Sintética es la aplicación de la ciencia,tecnología e ingeniería para facilitar y acelerar el diseño, manufactura y/o modificación del material genético en organismos vivos; contribuyendo en los retos del sector salud, energía, alimentación y conservación del medio ambiente”. Fuente: Red Nacional de Biología Sintética
No obstante a pesar de las diferentes definiciones podemos decir que todas se basan en la idea principal de que la biología sintética es la ingeniería + la biología.
Y esto se está logrando mediante la implementación de principios de ingeniería a la biología como lo son uso de partes y módulos estandarizadas, uso del ciclo de ingeniería e implementación de la creación tipo bottom up, modelado matemático, uso de jerarquías de abstracción, uso de nuevas tecnologías como la síntesis automatizada de ADN, entre otras .
Todo esto es lo que define y distingue a la biología sintética de la ingeniería genética tradicional y de la manera en la que creamos nuevos sistemas biológicos. La biología sintética es un proceso, una herramienta que ayuda a que la biología sea más como un proceso ingenieril que pueda ser predecible y efectivo.
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Aunque de manera breve se trató de explicar esta idea si aún quedan dudas sobre la diferencia entre Ingeniería Genética y biología sintética puedes encontrar esta noción de lo que es la ingeniería de la biología en el siguiente video donde Drew Endy, cofundador de la fundación Biobricks, define lo que es biología sintética.
“Synthetic biology, or synbio for short, is a tool that brings together engineering principles and technologies into biology in order to make it easier to design and to create novel biological systems in faster, efficient and predictable way.”- Uriel Barboza
Para saber más sobre la ingeniería de la biología y sobre una historía más detallada de la biología sintética sugiero leer los siguientes dos artículos y links.
Drew Endy.Foundations for engineering biology : http://www.nature.com/nature/journal/v438/n7067/full/nature04342.html
Cameron E. et al. A brief history of synthetic biology : http://www.nature.com/nrmicro/journal/v12/n5/full/nrmicro3239.html
Nota: La información aquí se trató de reducir y puede no ser la más acertada; sin embargo esta es la visión personal del autor. Cualquier duda o sugerencia de colaboración mandar un correo a biospeculationmx@gmail.com
Acerca del Autor : Uriel Barboza es un Estudiante de la Carrera de ingeniería en Biotecnología del Tec de monterrey Campus Querétaro. Interesado en biología sintética y la regulación de esta tecnología y conservación del medio ambiente. iGEMer de tercera generación y miembro de la Red Nacional de Biología Sintética
