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Los microbios reconocen las letras

06.06.2021

Gracias a su reciente descubrimiento, científicos del Departamento de Ingeniería Biomédica del Technion han podido lograr el reconocimiento de ciertos patrones geométricos -como letras- por parte de colonias de microbios que imitan una red neuronal artificial.

El método de los científicos se basa en cambiar la forma de comunicación dentro de las colonias de microbios en la naturaleza. Investigación realizada por el Dr. Siming Lee y el profesor asociado Ramez Daniel.

El laboratorio del profesor Daniel se dedica a la biología sintética, en particular, a la creación de circuitos biológicos que combinan esencialmente los principios de la biología y la electrónica. Al igual que los interruptores electrónicos que se pueden encender y apagar, las células están diseñadas para "encenderse" y realizar una función, como la fluorescencia, en respuesta a un estímulo específico. Utilizando esta técnica, el grupo ha desarrollado "sensores" biológicos que detectan la presencia de arsénico y otros venenos en el agua o la presencia de sangre en la orina.

Sin embargo, las células son capaces de realizar funciones más complejas que un simple cambio de sí/no. Las colonias de microbios en la naturaleza son capaces de comunicarse internamente. Por ejemplo, pueden reaccionar de forma diferente a los estímulos externos cuando hay pocas colonias o cuando hay muchas. Este fenómeno, llamado "detección de quórum", también ocurre, por ejemplo, cuando nuestro sistema inmunológico se moviliza contra una infección: las células transmiten información sobre qué patógeno ha ingresado al cuerpo, qué respuesta se requiere y mucho más.

Una célula por sí sola puede ser "estúpida", pero la colonia entera suele ser "inteligente". Es este fenómeno el que utilizó el grupo del profesor Daniel para multiplicar la complejidad algorítmica de la tarea y crear por primera vez un circuito biológico que actúa como una red neuronal artificial capaz de realizar una tarea relativamente compleja: el reconocimiento de patrones. Sus componentes básicos son bacterias E. coli modificadas.

Los patrones geométricos creados de esta manera son una prueba de concepto de lo que pueden hacer los circuitos biológicos, actuando como una red neuronal artificial. En el futuro, podemos ver sistemas de bioingeniería que rastrean toxinas, diagnostican cáncer y los usan para regenerar tejidos. Es posible que incluso tengamos computadoras biológicas. Es interesante ver cómo la biología sintética, que busca imitar la electrónica en los sistemas biológicos, ha cerrado el círculo, creando una especie de red neuronal artificial que, por supuesto, está inspirada en el cerebro humano, el sistema biológico más complejo.

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Energía del espacio para Starship 08.05.2024

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El síndrome de fatiga crónica es químicamente similar a la hibernación en animales 05.09.2016

Científicos de la Facultad de Medicina de la Universidad de California en los Estados Unidos estudiaron ciertos metabolitos en el plasma sanguíneo de un grupo de sujetos y descubrieron que el síndrome de fatiga crónica (SFC) tiene una firma química clara. Compararon esta enfermedad con el síndrome hipometabólico que ocurre durante la inanición, la diapausa o la hibernación en los animales.

El síndrome de fatiga crónica es una condición bastante misteriosa, cuyas causas no están claras y no existe cura. "El SFC es una enfermedad muy compleja. Afecta a muchos sistemas del cuerpo. Sus síntomas son variados, son similares a los síntomas de muchas otras enfermedades. No se puede diagnosticar en el laboratorio. Un paciente puede gastar decenas de miles de dólares y años tratando para averiguar su diagnóstico", dijo Robert K. Naviaux, profesor de medicina, pediatría y patología y director del Centro de Enfermedades Mitocondriales y Metabólicas de la Universidad de California.

Se estima que 2,5 millones de estadounidenses sufren de CFS. En la mayoría de los casos, estas son mujeres de 30 a 50 años, pero ocurre en hombres y en personas de diferentes edades. El síntoma principal del síndrome de fatiga crónica es fatiga severa durante seis meses y, como resultado, dolores musculares y de cabeza, problemas con el sueño y la memoria.

Navier y sus colegas siguieron a un grupo de 84 personas, que consistía en 45 hombres y mujeres cuyos síntomas coincidían con los del SFC y 39 personas para los controles. Los científicos midieron 612 metabolitos (sustancias producidas en procesos metabólicos) en 63 procesos bioquímicos en el plasma sanguíneo. Resultó que los sujetos con SFC tenían anomalías en 20 procesos metabólicos. El 80% de los metabolitos medidos se redujeron de la misma forma que en los síndromes hipometabólicos o de metabolismo lento. Al mismo tiempo, el grado de precisión diagnóstica alcanzó el 90%.

A pesar de la heterogénesis del SFC, la variedad de factores que conducen a esta condición, nuestros resultados muestran que la respuesta del metabolismo celular es la misma en los pacientes. Curiosamente, es químicamente similar a la condición dauer que se observa en algunos organismos vivos como respuesta al estrés ambiental y provoca una desaceleración del metabolismo, lo que les permite sobrevivir en condiciones que de otro modo conducirían a la muerte celular. En el SFC, esta ralentización se produce en el contexto de un dolor o una discapacidad prolongados. Un ejemplo de una condición de dote es la hibernación de los animales.

Según el científico, el trabajo demostró que el SFC tiene una firma química objetivamente detectable tanto en hombres como en mujeres, y que la metabolómica específica que proporciona poca información molecular directa puede proporcionar información útil para el tratamiento. Solo el 25% de los trastornos metabólicos que se encuentran en los sujetos son útiles para diagnosticar el SFC. Aproximadamente el 75% de los trastornos eran exclusivos de cada individuo y útiles para el tratamiento individual específico.

Se observa que este trabajo abre una nueva vía para comprender la biología del SFC y, lo que es más importante, una forma racional confiable de desarrollar un nuevo tratamiento para aquellos pacientes que lo necesitan con urgencia. Sin embargo, los autores del trabajo enfatizan que los resultados requieren confirmación mediante experimentos que involucren a personas de diferentes regiones geográficas.

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