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22 de Abril de 2016
BIOLOGÍA SINTÉTICA

Los límites de lo biológicamente posible

Evalúan los límites en el diseño de órganos mediante la introducción de un espacio de parámetros que contempla todas las formas y funciones biológicas posibles.

Riñón impreso con una bioimpresora 3D. [Universidad Pompeu Fabral (UPF)]

Durante la última década hemos pasado de simular sistemas biológicos en el ordenador a construirlos en el laboratorio con un nivel que antes era difícil de imaginar. La biología sintética ya ha permitido, por ejemplo, fabricar riñones humanos mediante impresoras 3D, sintetizar antibióticos, o manipular genéticamente bacterias para que degraden polímeros de plástico. Estamos cruzando fronteras que hasta hace poco se consideraban impensables.

Pero ¿son viables todas las estructuras biológicas imaginables? ¿Dónde están los límites de lo posible en el diseño de nuevos órganos y organismos? ¿Cuáles son las restricciones? En un trabajo reciente, un grupo de científicos de la Universidad Pompeu Fabra de Barcelona liderados por Ricard Solé proponen utilizar la biología sintética como herramienta para indagar aquellos caminos inexplorados por la evolucióny acercarse a la respuesta de este tipo de incógnitas. Para ello, los investigadores han definido un espacio teórico de parámetros que contempla todas las formas y funciones biológicas posibles y que permite organizar el universo de posibles órganos naturales y artificiales. Las conclusiones del trabajo se publicaron en la revista Integrative Biology.

Hasta ahora, el avance de la biología sintética y la ingeniería de tejidos se ha basado en crear estructuras que imitan a los órganos naturales. Pero, según los autores, «no hay ninguna razón para limitarnos a fabricar órganos y tejidos tal y como existen en la naturaleza. Podríamos pensar en la creación de nuevos órganos que mejoren las funciones de los órganos ya existentes. Si nos liberásemos de los límites vinculados a los procesos embrionarios, entrarían en juego nuevas reglas quizás asequibles para la ingeniería biológica».

Este nuevo enfoque podría llevar a desarrollar funciones completamente nuevas o incluso diseñar nuevos métodos para diagnosticar y curar enfermedades. Un ejemplo ya existente es la generación de oídos biónicos con una antena de bobina integrada. Aparte de las consideraciones éticas, este contexto está ligado también a ciertas restricciones biológicas. Según los autores, no deberíamos cohibirnos a la hora de diseñar estructuras celulares complejas, pero sí es necesario establecer cuáles son los límites asociados a la organización de las estructuras biológicas.

Es aquí donde entra en juego la idea que construye su trabajo: el morfoespacio. Los investigadores han categorizado las estructuras conocidas en función de un conjunto de variables. Estas variables definen el morfoespacio, en el cual las estructuras se ordenan mostrando aquellas regiones olvidadas por la evolución. Los tres ejes que lo conforman son la complejidad de desarrollo, la complejidad cognitiva y el estado físico.

Morfoespacio diseñado por el Laboratorio de Sistemas Complejos de la UPF

Los grados de complejidad de desarrollo abarcan desde las mezclas de células que no se relacionan entre sí hasta los órganos totalmente desarrollados, con células que interactúan entre sí y llevan a cabo una misma función (como ocurre, por ejemplo, en el hígado). Por otro lado, el grado de complejidad cognitiva se define como la capacidad de los órganos para recibir información y procesarla. El cerebro o el sistema inmunitario serían dos ejemplos del grado más alto de este tipo de complejidad. Por último, el tercer eje del morfoespacio, el estado físico, toma como referencia las fases de la materia inorgánica y pretende describir la movilidad de los componentes de los órganos y organoides.

Según los autores, el morfoespacio podría convertirse en una buena herramienta para plantear las posibilidades de éxito que tendrían los nuevos diseños biológicos. Una de sus características más interesantes es la presencia de un inquietante espacio vacío en su interior. Una explicación para dicho vacío es que no sea posible la combinación correspondiente a esa región. Otra interpretación, sin embargo, sería que se trata de diseños inaccesibles para la evolución en condiciones naturales, pero que tal vez sí podrían alcanzarse mediante estrategias de bioingeniería.

Más información en Integrative Biology

Fuente: Universidad Pompeu Fabra 

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