Los transistores son elementos clave en los circuitos eléctricos, funcionando como interruptores que regulan el flujo de corriente. Un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts ha logrado emular este principio en el ámbito biológico, permitiendo que las bacterias actúen como interruptores. Este avance ha dado lugar a la creación de un «circuito vivo» capaz de realizar cálculos complejos mediante la interconexión de colonias bacterianas.
El Funcionamiento de los Circuitos Biológicos
En este innovador circuito biológico, las bacterias operan como interruptores que controlan el flujo de pequeñas moléculas, las cuales actúan como señales para otras células. Según los investigadores, al integrar dos cepas bacterianas como transistores y tres cepas que se encargan de la transmisión de señales, se puede concebir prácticamente cualquier circuito imaginable. «Hemos desarrollado componentes básicos de arquitectura informática que se utilizan comúnmente», señala Hamid Doost-Hosseini, investigador principal del proyecto. «Con estas cinco cepas, se puede realizar cualquier operación aritmética».
El equipo de Doost-Hosseini utilizó la bacteria Pantoea agglomerans, que se encuentra comúnmente en la superficie de las plantas, para crear dos tipos de transistores que se activan y desactivan a través de una molécula llamada «OC-6». Cada transistor detecta la presencia de otra molécula, «OC-12», y en función de las condiciones específicas, produce una molécula de salida denominada «OHC-14». Tres cepas bacterianas adicionales se encargan de convertir esta señal en una entrada para otro transistor, permitiendo «cablear» los transistores entre sí, similar a un circuito impreso convencional.
Innovaciones en la Transmisión de Señales
Un ejemplo de su funcionamiento es la creación de un interruptor bidireccional que utiliza dos transistores para detectar la OC-12. Dependiendo de la señal recibida, se puede redirigir la información a diferentes cepas de relé, que finalmente envían los datos a otro transistor para su procesamiento. En este caso, el equipo ha construido un circuito donde la señal se transmite únicamente a la colonia más cercana, dispuestas sobre un medio de cultivo de agar a unos 5 mm de distancia. Este diseño garantiza que la información fluya en una dirección específica a lo largo de la ruta establecida.
Gracias a esta metodología, los investigadores han logrado desarrollar circuitos que no solo realizan operaciones lógicas, sino que también procesan múltiples señales simultáneamente. Además, han creado demultiplexores que distribuyen una única señal a diferentes destinos según una señal de control. Uno de los circuitos más complejos es el que suma dos entradas, compuesto por 24 colonias bacterianas interconectadas.
Revolucionando la Biología Sintética
Tradicionalmente, en biología sintética, se concentraban todos los sensores y funciones de cálculo en una sola célula. Sin embargo, esto presentaba limitaciones, como el número restringido de factores de transcripción y la sobrecarga en el mecanismo de producción de proteínas. Al distribuir las funciones entre varias células conectadas, se ha logrado crear circuitos más versátiles. «Hemos demostrado que al interconectar funciones simples de células individuales, se puede lograr una funcionalidad más compleja», afirma Christopher Voigt, director del Departamento de Ingeniería Biológica del MIT. «Desde una perspectiva computacional, estos circuitos pueden igualar lo que un iPhone es capaz de hacer».
Implicaciones Futuras en la Agricultura
A pesar de estos avances, la velocidad de procesamiento de los circuitos bacterianos sigue siendo un desafío, ya que pueden tardar alrededor de ocho horas en completar un cálculo. No obstante, el equipo no considera esta lentitud como un inconveniente. «No buscamos reemplazar a las computadoras, sino integrar cálculos en el control biológico», menciona Voigt. «Si imaginamos que las bacterias en las raíces de las plantas llevan a cabo estos cálculos, este tiempo podría ser adecuado en el contexto del crecimiento vegetal».
Los investigadores también contemplan la posibilidad de recubrir las hojas y raíces de las plantas con circuitos bacterianos. Esto podría permitir que los circuitos detecten estrés ambiental, como sequías o plagas, y respondan de manera autónoma. En el ámbito agrícola, esto podría traducirse en la capacidad de sintetizar fungicidas en respuesta a condiciones adversas. Aunque estos circuitos biológicos requieren un tiempo considerable para realizar cálculos, en un entorno agrícola donde los ciclos de crecimiento son estacionales, esta velocidad podría ser más que adecuada. El futuro donde las plantas «decidan» su estado de salud con la ayuda de bacterias podría estar más cerca de lo que imaginamos.
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