Convierten el genoma bacteriano en "grabadoras de datos"

Ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Cambridge, Massachusetts, Estados Unidos, han convertido el genoma de la bacteria 'E. Coli' en un dispositivo de almacenamiento de memoria a largo plazo. Estos expertos prevén que esta memoria estable, regrabable y fácil de recuperar será muy adecuada para aplicaciones como sensores para la vigilancia ambiental y médica.

'Se puede almacenar información muy a largo plazo', destaca Timothy Lu, profesor asociado de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación e Ingeniería Biológica. 'Podemos pensar en tener este sistema en una bacteria del intestino o bacterias ambientales. Se podría poner durante días o meses y luego volver más tarde y ver qué sucedió a nivel cuantitativo', añade.

La nueva estrategia, que se describe en la revista 'Science', supera varias limitaciones de los métodos existentes de almacenamiento en los genomas de bacterias, según Lu, autor principal del documento. Estos métodos requieren un gran número de elementos reguladores genéticos, lo que limita la cantidad de información que se puede almacenar.

Los esfuerzos anteriores también se ciñen a la memoria digital, lo que significa que se pueden grabar sólo todos los recuerdos o ninguno. Lu y el estudiante graduado Fahim Farzadfard, autor principal del artículo, se propusieron crear un sistema de almacenamiento de memoria analógica, que puede revelar la cantidad de exposición que hubo o cuánto tiempo duró.

Para ello, diseñaron una 'grabadora genómica' que permite a los investigadores escribir nueva información en cualquier secuencia de ADN bacteriano. Para programar la bacteria 'E. Coli' para el almacenaje, los investigadores del MIT fabricaron células productoras de una enzima recombinasa, que pueden insertar ADN o una secuencia específica de ADN de una sola hebra en un sitio diana.

Sin embargo, este ADN se produce sólo cuando se activa por la presencia de una molécula predeterminada u otro tipo de entrada, como la luz. Después de producir el ADN, la recombinasa inserta el ADN en el genoma de la célula en un sitio preprogramado. 'Podemos apuntar a cualquier parte del genoma, hecho por lo que se ve como una grabadora, porque se puede dirigir a donde está escrita esa señal', detalla Lu.

Una vez que se registra la exposición a través de este proceso, se almacena durante el tiempo de vida de la población bacteriana y se transmite de generación en generación. Hay un par de maneras de recuperar los datos: si el ADN se inserta en una parte no funcional del genoma, la secuenciación del genoma revela si se almacena en una célula particular; o bien, los investigadores pueden dirigir las secuencias para alterar un gen.

Por ejemplo, en este estudio, la nueva secuencia de ADN encendió un gen de resistencia a los antibióticos, lo que permitió a los investigadores determinar cuántas células proporcionaron la secuencia añadiendo antibióticos a las células y observar cómo muchas sobrevivieron.

Midiendo la proporción de células en la población con la nueva secuencia de ADN, los investigadores pueden determinar la cantidad de exposición que hubo y cuánto tiempo duró. En este trabajo, los investigadores utilizaron el sistema para detectar un metabolito llamado IPTG y un derivado de antibiótico llamado ATC, pero podría adaptarse a muchas otras moléculas o incluso señales producidas por la célula, dice Lu.

La información también se puede borrar mediante la estimulación de las células para incorporar una pieza diferente del ADN en el mismo lugar. Este proceso en la actualidad no es muy eficiente, pero los investigadores están trabajando para mejorarlo.

Las aplicaciones de este tipo de sensor incluyen la supervisión del océano para ver los niveles de dióxido de carbono, acidez o contaminantes. Además, las bacterias podrían ser diseñadas para vivir en el tracto digestivo humano con el fin de controlar la ingesta dietética de una persona, como la cantidad de azúcar o la grasa que consume, o para detectar la inflamación de la enfermedad del intestino irritable.

Estas bacterias modificadas también podrían ser empleadas como computadoras biológicas, señala Lu, añadiendo que serían particularmente útiles en los tipos de cálculo que requieren una gran cantidad de procesamiento en paralelo, como recoger los patrones de una imagen.

Otra posible aplicación es modificar las células del cerebro de animales vivos  o diseñar células humanas cultivadas en una placa de Petri para permitir a los investigadores rastrear si se expresa un determinado marcador de la enfermedad o si una neurona está activa en un momento determinado. 'Si se pudiera convertir el ADN en el interior de una célula en un pequeño dispositivo de memoria por su cuenta y luego vincularlo a algo que preocupe, se podría escribir la información y luego extraerla', concluye.