{"id":9969,"date":"2019-10-07T10:57:11","date_gmt":"2019-10-07T08:57:11","guid":{"rendered":"https:\/\/ellipse.prbb.org\/?p=9969"},"modified":"2020-05-28T23:42:06","modified_gmt":"2020-05-28T21:42:06","slug":"nosaltres-no-fem-biologia-fem-enginyeria-amb-peces-biologiques","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ellipse.prbb.org\/ca\/nosaltres-no-fem-biologia-fem-enginyeria-amb-peces-biologiques\/","title":{"rendered":"\u201cNosaltres no fem biologia; fem enginyeria amb peces biol\u00f2giques\u201d"},"content":{"rendered":"

Des del gener del 2018, Javier Mac\u00eda<\/strong> dirigeix al Departament de Ci\u00e8ncies Experimentals i de la Salut, Universitat Pompeu Fabra (DCEXS-UPF)<\/a> el laboratori de biologia sint\u00e8tica per aplicacions biom\u00e8diques<\/a> – tot i que treballen tamb\u00e9 en productes industrials i mediambientals.<\/p>\n

\u201cNosaltres no fem biologia; fem enginyeria, per\u00f2 utilitzant com a peces elements biol\u00f2gics\u201d, explica el cap del grup. Aix\u00f2 si, hi ha una part de la recerca del grup, m\u00e9s fonamental, que intenta entendre els principis darrera dels dispositius biol\u00f2gics que generen<\/strong>. Els circuits gen\u00e8tics segueixen les mateixes lleis que els el\u00e8ctrics; quan puges l\u2019expressi\u00f3 d\u2019un gen, et baixa la de l\u2019altre, perqu\u00e8 els recursos cel\u00b7lulars s\u00f3n limitats. Per aix\u00f2 quan posen peces juntes no funcionen igual que per separat. I \u00e9s per aix\u00f2 que cal entendre\u2019n el funcionament i fer models matem\u00e0tics i prediccions abans de crear els sistemes.<\/p>\n

 <\/p>\n

Els circuits gen\u00e8tics segueixen les mateixes lleis que els el\u00e8ctrics; quan puges l\u2019expressi\u00f3 d\u2019un gen, et baixa la de l\u2019altre, perqu\u00e8 els recursos cel\u00b7lulars s\u00f3n limitats.<\/p><\/blockquote>\n

 <\/p>\n

Mac\u00eda fa una analogia amb l\u2019enginyeria: \u201cen biologia sint\u00e8tica<\/a> encara estem en l\u2019etapa de posar un cami\u00f3 sobre el pont despr\u00e9s d\u2019haver fet el pont, a veure si s\u2019aguanta; si no, el constru\u00efm de nou d\u2019una altra manera\u201d. Entendre els principis darrera del que dissenyen ajudaria a poder fer prediccions i evitar els costos d\u2019aquesta manera de treballar per \u2018prova i error\u2019.<\/p>\n

El grup \u00e9s petit – cinc estudiants de doctorat, m\u00e9s alguns col\u00b7laboradors externs – per\u00f2 entre projectes propis i col\u00b7laboracions, tenen cinc projectes en marxa. \u201cEls membres del grup<\/strong> tenen un inter\u00e8s molt multidisciplinari<\/strong>; tots participen en tots els projectes, i tots toquen tant la part experimental com la computacional\u201d, explica el l\u00edder del laboratori.<\/p>\n

 <\/p>\n

C\u00e0psules contra la diabetes<\/strong><\/h2>\n

El grup compta amb un ajut de la Marat\u00f3<\/a> – junt amb Francesc Posas, actualment a l\u2019IRB, l\u2019Hospital Sant Joan de D\u00e8u i la Universitat de Vitoria –  per construir uns dispositius cel\u00b7lulars que controlin els nivells de glucosa<\/strong>. Es tracta de c\u00e8l\u00b7lules humanes manipulades gen\u00e8ticament per tenir uns sensors de glucosa que, quan toca, generen insulina i la secreten. A Vitoria han \u2018encapsulat\u2019 aquestes c\u00e8l\u00b7lules (han creat unes nanoc\u00e0psules<\/strong> <\/a>on les c\u00e8l\u00b7lules queden atrapades). Aquestes c\u00e0psules estan ara sent injectades a ratolins. Aquest sistema de c\u00e0psules t\u00e9 l\u2019avantatge que \u00e9s reversible, perqu\u00e8 no s\u2019integren enlloc, sin\u00f3 que queden a\u00efllades, \u2018flotant\u2019 en el teixit, de manera que es podrien treure si calgu\u00e9s, explica Mac\u00eda.<\/p>\n

Tamb\u00e9 han desenvolupat un algoritme que troba les ingestes id\u00f2nies per controlar les corbes gluc\u00e8miques<\/strong> i han confirmat, en ratolins<\/a>, que nom\u00e9s modulant els patrons de menjar, es poden reduir les corbes d\u2019hipergluc\u00e8mia. \u201cCombinar les c\u00e0psules i els patrons d\u2019ingesta seria molt interessant\u201d, diu el f\u00edsic. Per\u00f2 la modulaci\u00f3 de la ingesta per si sola \u00e9s, de fet, ja  interessant, sobretot per persones amb pre-diabetes tipus II. Aquestes podrien evitar arribar a punxar-se insulina si controlen quan i com mengen, seguint les indicacions de l\u2019algoritme. \u201cEl model computacional<\/a> que estem fent servir de la fisiologia humana \u00e9s molt bo; de fet est\u00e0 aprovat per la FDA per a la seva utilitzaci\u00f3 en assajos cl\u00ednics<\/a>\u201d, confirma el cient\u00edfic. \u201cEl nostre objectiu final seria tenir una app <\/em>o alguna cosa semblant que suggereixi als diab\u00e8tics qu\u00e8 menjar i quan, i que els recalculi la dieta si per exemple no han pogut evitar menjar un croissant quan no tocava\u2026\u201d.<\/p>\n

 <\/p>\n

El nostre objectiu final seria tenir una app <\/em>o alguna cosa semblant que suggereixi als diab\u00e8tics qu\u00e8 menjar i quan per a controlar la seva gluc\u00e8mia.<\/p><\/blockquote>\n

 <\/p>\n

C\u00e8l\u00b7lules intel\u00b7ligents<\/strong><\/h2>\n

Un altre dels projectes del grup – m\u00e9s exploratori i finan\u00e7at per les Forces A\u00e8ries (U.S. Air Force) i l\u2019Armada d\u2019Estats Units  (U.S. Navy) – consisteix en crear sistemes cel\u00b7lulars amb capacitat d\u2019autoaprenentatge<\/strong>. Fa anys que els cient\u00edfics s\u00f3n capa\u00e7os de dissenyar c\u00e8l\u00b7lules que detectin la pres\u00e8ncia de certs marcadors i responguin segons la combinaci\u00f3 d\u2019aquests marcadors. Per\u00f2 el grup es planteja si les c\u00e8l\u00b7lules podrien autoprogramar-se, \u00e9s a dir modificar el seu ADN elles mateixes en funci\u00f3 de les senyals que rebin<\/strong>.<\/p>\n

\u201cEl qu\u00e8 hem fet ha estat construir c\u00e8l\u00b7lules que tenen tots els circuits gen\u00e8tics possibles, per\u00f2 inactivats. La idea \u00e9s que la c\u00e8l\u00b7lula, quan es trobi una combinaci\u00f3 de senyals espec\u00edfica, la reconegui i modifiqui el seu ADN<\/a>; amb recombinases, tallant per aqu\u00ed i enganxant per all\u00e0, de forma que acabi tenint el circuit espec\u00edfic d\u2019inter\u00e8s, d\u2019entre tots els potencials que tenia inicialment. Aix\u00f2 seria \u00fatil per exemple si les c\u00e8l\u00b7lules estan en localitzacions on no hi podem anar per a programar-les nosaltres, com per exemple una estaci\u00f3 espacial<\/strong>\u201d, afirma el cap del grup.<\/p>\n

 <\/p>\n

Sensors de paper<\/strong><\/h2>\n

Un tercer projecte, finan\u00e7at per un Plan Nacional i relacionat amb aquest darrer, intenta fer circuits de c\u00e8l\u00b7lules sensores que detectin una combinaci\u00f3 de senyals complexa<\/strong>. Curiosament, aquestes c\u00e8l\u00b7lules les estan imprimint en paper, amb \u201ctintes cel\u00b7lulars\u201d. Amb una impressora de tinta normal, omplen els cartutxos amb un medi de cultiu cel\u00b7lular m\u00e9s un agent espessidor. Cada cartutxo t\u00e9 un tipus de c\u00e8l\u00b7lules diferents. A l\u2019imprimir-les, les c\u00e8l\u00b7lules queden atrapades dins el paper, on segueixen creixent i s\u00f3n capaces d\u2019alliberar senyals que viatgen pel paper i arriben a altres c\u00e8l\u00b7lules<\/a>.<\/p>\n

 <\/p>\n

A l\u2019imprimir-les, les c\u00e8l\u00b7lules queden atrapades dins el paper, on segueixen creixent i s\u00f3n capaces d\u2019alliberar senyals que viatgen pel paper i arriben a altres c\u00e8l\u00b7lules.<\/p><\/blockquote>\n

 <\/p>\n

La ra\u00f3 per fer aix\u00f2 en paper<\/strong> \u00e9s eminentment pr\u00e0ctica; \u00e9s barato i f\u00e0cil d\u2019adaptar-ho a \u00fas industrial<\/strong> – es poden imprimir 10,000 unitats al dia -, aix\u00ed com molt reprodu\u00efble<\/strong>, perqu\u00e8 les impressores s\u00f3n molt precises. Un dels potencials usos, segons Mac\u00eda, seria per identificar, per exemple, el risc de preecl\u00e0mpsia. Aquest no dep\u00e8n d\u2019un sol marcador, sin\u00f3 d\u2019una complexa combinaci\u00f3 de par\u00e0metres. Aquest conjunt de c\u00e8l\u00b7lules (diferents c\u00e8l\u00b7lules vivint a diferents llocs del paper i comunicant-se entre elles) podrien utilitzar-se com una tira reactiva per detectar diferents marcadors, analitzar-los i determinar el risc d\u2019una dona embarassada de patir aquest trastorn.<\/p>\n

 <\/p>\n

Una spin-off per a descontaminar<\/strong><\/h2>\n

El projecte m\u00e9s potent del grup ara mateix, BIOM<\/strong>, va n\u00e9ixer amb una clara orientaci\u00f3 de transfer\u00e8ncia tecnol\u00f2gica<\/strong>. De fet, t\u00e9 previst convertir-se en una spin off<\/strong> (amb participaci\u00f3 de la UPF) aquesta tardor. \u201cTot va comen\u00e7ar quan un inversor privat ens va contactar amb un problema de fems\u201d, somriu Mac\u00eda. \u201cInicialment era quasi un hobbie<\/em>, per\u00f2 vam veure que tenia potencial, i el vam portar a la universitat. Vam aconseguir finan\u00e7ament del programa \u2018Llavor producte\u2019 de l\u2019AGAUR, i ara estem buscant inversors\u201d. El projecte consisteix en valoritzar els residus ramaders<\/strong>, concretament els purins (fems l\u00edquids)<\/strong>.<\/p>\n

Hi ha 8 milions de porcs a Catalunya; junt amb la Xina i Alemanya, \u00e9s de les regions amb un major consum de porc. I un porc genera uns 6 litres de purins al dia. De fet, la Generalitat ha aprovat una morat\u00f2ria de dos anys; no es poden obrir noves explotacions porcines, ni ampliar-ne d\u2019existents, perqu\u00e8 el problema de contaminaci\u00f3 \u00e9s greu<\/strong>, amb m\u00e9s del 47% dels aq\u00fc\u00edfers contaminats.<\/p>\n

Ja fa temps que s\u2019utilitza la biotecnologia per a modificar microorganismes que ajudin a descontaminar o eliminar residus. Per\u00f2 si aquests sistemes no donen diners, no s\u00f3n sostenibles des d\u2019un punt de vista econ\u00f2mic. De fet aix\u00f2 ja ha succe\u00eft v\u00e0ries vegades, explica l\u2019investigador; bones iniciatives han mort quan han arribat les crisis perqu\u00e8 ha deixat d\u2019haver-hi finan\u00e7ament. Per aix\u00f2, el grup s\u2019ha plantejat no tan sols eliminar el problema (en aquest cas els purins), sin\u00f3 transformar-lo en alguna cosa \u00fatil – i amb valor comercial.<\/p>\n

 <\/p>\n

La biotecnologia permet modificar microorganismes que ajudin a eliminar residus, per\u00f2 molts d’aquests sistemes no s\u00f3n sostenibles a nivell econ\u00f2mic. El grup de Mac\u00eda ha trobat com reconvertir aquests residus en una cosa \u00fatil i amb valor.<\/p><\/blockquote>\n

 <\/p>\n

En concret, estan convertint els purins en biopl\u00e0stics i adhesius per a fusta<\/strong>. \u201cEls adhesius que s\u2019utilitzen per compactar la fusta tradicionalment estan fets de urea i formaldehid, per\u00f2 ara se sap que aquest \u00e9s cancerigen quan passa a fase gasosa. La Uni\u00f3 Europea est\u00e0 fent una normativa molt restrictiva, per\u00f2 no hi ha alternativa industrial real\u2026 Nosaltres n\u2019estem creant una\u201d. Els investigadors fan servir unes soques bacterianes fotosint\u00e8tiques que absorbeixen els contaminants dels purins i produeixen una s\u00e8rie de polisac\u00e0rids amb propietats adhesives i de resist\u00e8ncia ideals per aquest \u00fas.<\/p>\n

Apart de desxifrar la tecnologia, cal tenir en compte el cost de portar aix\u00f2 a la pr\u00e0ctica<\/strong>. \u201cEn un context acad\u00e8mic normalment no es tenen en compte els costos del mercat, i \u00e9s essencial fer-ho. En el nostre cas, per exemple, no seria factible transportar els purins a una factoria de processament de purins si est\u00e0 a m\u00e9s de 10km de l\u2019explotaci\u00f3 ramadera, perqu\u00e8 el cost del transport seria major que el benefici!\u201d. Per\u00f2 els cient\u00edfics han trobat una soluci\u00f3: han creat un nou tipus de fotobioreactor<\/strong>, amb una capacitat de 40.000 litres, que permet processar els purins in situ<\/em>, a les pr\u00f2pies granges<\/strong>. Ara estan estudiant com llicenciar aquesta tecnologia, alhora que construint una planta pilot.<\/p>\n

Aquest sistema tamb\u00e9 podria servir per tractar les aig\u00fces residuals humanes, i el grup est\u00e0 ja en contacte amb Aig\u00fces de Barcelona. \u201cM\u2019agrada perqu\u00e8 els nostres projectes s\u00f3n molt diversos. I s\u00f3n divertits!<\/strong>\u201d, conclou Mac\u00eda.<\/p>\n

 <\/p>\n