{"id":10008,"date":"2019-10-07T10:57:11","date_gmt":"2019-10-07T08:57:11","guid":{"rendered":"https:\/\/ellipse.prbb.org\/?p=10008"},"modified":"2020-05-28T23:41:46","modified_gmt":"2020-05-28T21:41:46","slug":"nosotros-no-hacemos-biologia-hacemos-ingenieria-con-piezas-biologicas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ellipse.prbb.org\/es\/nosotros-no-hacemos-biologia-hacemos-ingenieria-con-piezas-biologicas\/","title":{"rendered":"\u201cNosotros no hacemos biolog\u00eda; hacemos ingenier\u00eda con piezas biol\u00f3gicas\u201d"},"content":{"rendered":"

Desde enero del 2018, Javier Mac\u00eda<\/strong> dirige el laboratorio de biolog\u00eda sint\u00e9tica para aplicaciones biom\u00e9dicas<\/a> en el Departamento de Ciencias Experimentales y de la Salud, Universidad Pompeu Fabra (DCEXS-UPF)<\/a> – a pesar de que trabajan tambi\u00e9n en productos industriales y medioambientales.<\/p>\n

\u201cNosotros no hacemos biolog\u00eda; hacemos ingenier\u00eda, pero utilizando como piezas elementos biol\u00f3gicos\u201d, explica el jefe del grupo. Una parte de la investigaci\u00f3n del grupo, m\u00e1s fundamental, intenta entender los principios detr\u00e1s de los dispositivos biol\u00f3gicos que generan<\/strong>. Los circuitos gen\u00e9ticos siguen las mismas leyes que los el\u00e9ctricos; cuando subes la expresi\u00f3n de un gen, baja la del otro, porque los recursos celulares son limitados. Por eso cuando se ponen piezas juntas no funcionan igual que por separado. Y por eso hay que entender el funcionamiento y hacer modelos matem\u00e1ticos y predicciones antes de crear los sistemas.<\/p>\n

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Los circuitos gen\u00e9ticos siguen las mismas leyes que los el\u00e9ctricos; cuando subes la expresi\u00f3n de un gen, baja la del otro, porque los recursos celulares son limitados.<\/p><\/blockquote>\n

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Mac\u00eda hace una analog\u00eda con la ingenier\u00eda: \u201cen biolog\u00eda sint\u00e9tica<\/a> todav\u00eda estamos en la etapa de poner un cami\u00f3n sobre el puente despu\u00e9s de haber hecho el puente, a ver si se aguanta; si no, lo construimos de nuevo de otro modo\u201d. Entender los principios detr\u00e1s de lo que dise\u00f1an ayudar\u00eda a poder hacer predicciones y evitar los costes de este modo de trabajar por \u2018prueba y error\u2019.<\/p>\n

El grupo es peque\u00f1o – cinco estudiantes de doctorado, m\u00e1s algunos colaboradores externos – pero entre proyectos propios y colaboraciones, tienen cinco proyectos en marcha. \u201cLos miembros del grupo<\/strong> tienen un inter\u00e9s muy multidisciplinario<\/strong>; todos participan en todos los proyectos, y todos tocan tanto la parte experimental como la computacional\u201d, explica el l\u00edder del laboratorio.<\/p>\n

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C\u00e1psulas contra la diabetes<\/strong><\/h2>\n

El grupo cuenta con una ayuda de \u00abLa Marat\u00f3<\/a>\u00bb – junto con el grupo de Francesc Posas, actualmente en el IRB, el Hospital San Juan de D\u00e8u y la Universidad de Vitoria –  para construir unos dispositivos celulares que controlen los niveles de glucosa<\/strong>. Se trata de c\u00e9lulas humanas manipuladas gen\u00e9ticamente para tener unos sensores de glucosa que, cuando sea necesario, generen insulina y la secreten. En Vitoria han \u2018encapsulado\u2019 estas c\u00e9lulas (han creado unas nanoc\u00e1psulas<\/strong> <\/a>donde las c\u00e9lulas quedan atrapadas). Estas c\u00e1psulas est\u00e1n ahora siendo inyectadas en ratones. Este sistema de c\u00e1psulas tiene la ventaja que es reversible, porque no se integran en ninguna parte, sino que quedan aisladas, \u2018flotando\u2019 en el tejido, de forma que se podr\u00edan sacar si hiciera falta, explica Mac\u00eda.<\/p>\n

Tambi\u00e9n han desarrollado un algoritmo que encuentra las ingestas id\u00f3neas para controlar las curvas gluc\u00e9micas<\/strong> y han confirmado, en ratones<\/a>, que tan solo modulando los patrones de comida, se pueden reducir las curvas de hiperglucemia. \u201cCombinar las c\u00e1psulas y los patrones de ingesta ser\u00eda muy interesante\u201d, dice el f\u00edsico. Pero la modulaci\u00f3n de la ingesta por s\u00ed sola es, de hecho, ya interesante, sobre todo para personas con pre-diabetes tipo II. Estas podr\u00edan evitar llegar a pincharse insulina si controlan cuando y como comen, siguiendo las indicaciones del algoritmo. \u201cEl modelo computacional<\/a> que estamos usando de la fisiolog\u00eda humana es muy bueno; de hecho, est\u00e1 aprobado por la FDA para su utilizaci\u00f3n en ensayos cl\u00ednicos<\/a>\u201d, confirma el cient\u00edfico. \u201cNuestro objetivo final ser\u00eda tener una app<\/em> o algo parecido que sugiera a los diab\u00e9ticos qu\u00e9 comer y cuando, y que les recalcule la dieta si por ejemplo no han podido evitar comer un cruas\u00e1n cuando no tocaba\u2026\u201d.<\/p>\n

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Nuestro objetivo final ser\u00eda tener una app<\/em> o algo parecido que sugiera a los diab\u00e9ticos qu\u00e9 comer y cuando para controlar su glucemia<\/p><\/blockquote>\n

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C\u00e9lulas inteligentes<\/strong><\/h2>\n

Otro de los proyectos del grupo – m\u00e1s exploratorio y financiado por las Fuerzas A\u00e9reas (U.S. Air Fuerzo) y la Armada de Estados Unidos  (U.S. Navy) – consiste en crear sistemas celulares con capacidad de autoaprendizaje<\/strong>. Hace a\u00f1os que los cient\u00edficos son capaces de dise\u00f1ar c\u00e9lulas que detectan la presencia de ciertos marcadores y responden seg\u00fan la combinaci\u00f3n de estos marcadores. Pero el grupo se plantea si las c\u00e9lulas podr\u00edan autoprogramarse, es decir modificar su ADN<\/a> ellas mismas en funci\u00f3n de las se\u00f1ales que reciban<\/strong>.<\/p>\n

\u201cLo que hemos hecho ha sido construir c\u00e9lulas que tienen todos los circuitos gen\u00e9ticos posibles, pero inactivados. La idea es que la c\u00e9lula, cuando se encuentre una combinaci\u00f3n de se\u00f1ales espec\u00edfica, la reconozca y modifique su ADN<\/a>; con recombinasas, cortando por aqu\u00ed y enganchando por all\u00e1, de forma que acabe teniendo el circuito espec\u00edfico de inter\u00e9s, de entre todos los potenciales que ten\u00eda inicialmente. \u201cEsto ser\u00eda \u00fatil por ejemplo si las c\u00e9lulas est\u00e1n en localizaciones donde no podemos ir para programarlas nosotros, como por ejemplo una estaci\u00f3n espacial<\/strong>\u201d, afirma el jefe del grupo.<\/p>\n

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Sensores de papel<\/h2>\n

Un tercer proyecto, relacionado con este \u00faltimo y financiado por un Plan Nacional, intenta hacer circuitos de c\u00e9lulas sensoriales que detecten una combinaci\u00f3n de se\u00f1ales compleja<\/strong>. Curiosamente, estas c\u00e9lulas las est\u00e1n imprimiendo en papel, con \u201ctintas celulares\u201d. Con una impresora de tinta normal, llenan los cartuchos con un medio de cultivo celular m\u00e1s un agente espesante. Cada cartucho tiene un tipo de c\u00e9lulas diferentes. Al imprimirlas, las c\u00e9lulas quedan atrapadas dentro del papel, donde siguen creciendo y son capaces de liberar se\u00f1ales que viajan por el papel y llegan a otras c\u00e9lulas<\/a>.<\/p>\n

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Al imprimirlas, las c\u00e9lulas quedan atrapadas dentro del papel, donde siguen creciendo y son capaces de liberar se\u00f1ales que viajan por el papel y llegan a otras c\u00e9lulas.<\/p><\/blockquote>\n

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La raz\u00f3n para hacer esto en papel<\/strong> es eminentemente pr\u00e1ctica; es barato y f\u00e1cil de adaptarlo a uso industrial<\/strong> – se pueden imprimir 10,000 unidades al d\u00eda -, as\u00ed como muy reproducible<\/strong>, porque las impresoras son muy precisas. Uno de los potenciales usos, seg\u00fan Mac\u00eda, seria para identificar, por ejemplo, el riesgo de preeclampsia. Este no depende de un \u00fanico marcador, sino de una compleja combinaci\u00f3n de par\u00e1metros. Este conjunto de c\u00e9lulas (diferentes c\u00e9lulas viviendo en diferentes lugares del papel y comunic\u00e1ndose entre ellas) podr\u00edan utilizarse como una tira reactiva para detectar diferentes marcadores, analizarlos y determinar el riesgo de una mujer embarazada de sufrir este trastorno.<\/p>\n

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Una spin off para descontaminar<\/strong><\/h2>\n

El proyecto m\u00e1s potente del grupo ahora mismo, BIOM<\/strong>, naci\u00f3 con una clara orientaci\u00f3n de transferencia tecnol\u00f3gica<\/strong>. De hecho, tiene previsto convertirse en una spin off<\/strong> (con participaci\u00f3n de la UPF) este oto\u00f1o. \u201cTodo empez\u00f3 cuando un inversor privado nos contact\u00f3 con un problema de excrementos\u201d, sonr\u00ede Mac\u00eda. \u201cInicialmente era casi un hobbie, pero vimos que ten\u00eda potencial, y lo llevamos a la universidad. Conseguimos financiaci\u00f3n del programa \u2018Semilla producto\u2019 de AGAUR, y ahora estamos buscando inversores\u201d. El proyecto consiste en valorizar los residuos ganaderos, concretamente los purines (residuos org\u00e1nicos l\u00edquidos)<\/strong>.<\/p>\n

Hay 8 millones de cerdos en Catalu\u00f1a; junto con China y Alemania, es de las regiones con un mayor consumo de cerdo. Y un cerdo genera unos 6 litros de purines al d\u00eda. De hecho, la Generalitat ha aprobado una moratoria de dos a\u00f1os; no se pueden abrir nuevas explotaciones porcinas, ni ampliar de existentes, porque el problema de contaminaci\u00f3n es grave<\/strong>, con m\u00e1s del 47% de los acu\u00edferos contaminados.<\/p>\n

Ya hace tiempo que se utiliza la biotecnolog\u00eda para modificar microorganismos que ayuden a descontaminar o eliminar residuos<\/strong>. Pero si estos sistemas no dan dinero, no son sostenibles desde un punto de vista econ\u00f3mico. De hecho, esto ya ha sucedido varias veces, explica el investigador; buenas iniciativas han muerto cuando han llegado las crisis porque han dejado de recibir financiaci\u00f3n. Por eso, el grupo se ha planteado no tan solo eliminar el problema (en este caso los purines), sino transformarlo en algo \u00fatil – y con valor comercial.<\/p>\n

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La biotecnolog\u00eda permite modificar microorganismos que ayuden a eliminar residuos, pero muchos de estos sistemas no son sostenibles a nivel econ\u00f3mico. El grupo de Mac\u00eda ha encontrado c\u00f3mo reconvertir estos residuos en algo \u00fatil y con valor.<\/p><\/blockquote>\n

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En concreto, est\u00e1n convirtiendo los purines en biopl\u00e1sticos y adhesivos para madera.<\/strong> \u201cLos adhesivos que se utilizan para compactar la madera, tradicionalmente est\u00e1n hechos de urea y formaldeh\u00eddo, pero ahora se sabe que \u00e9ste es cancer\u00edgeno cuando pasa a fase gaseosa. La Uni\u00f3n Europea est\u00e1 haciendo una normativa muy restrictiva, pero no hay alternativa industrial real\u2026 Nosotros estamos creando una\u201d. Los investigadores usan unas cepas bacterianas fotosint\u00e9ticas que absorben los contaminantes de los purines y producen una serie de polisac\u00e1ridos con propiedades adhesivas y de resistencia ideales para este uso.<\/p>\n

Aparte de descifrar la tecnolog\u00eda, hay que tener en cuenta el coste de llevar esto a la pr\u00e1ctica<\/strong>. \u201cEn un contexto acad\u00e9mico normalmente no se tienen en cuenta los costes del mercado, y es esencial hacerlo. En nuestro caso, por ejemplo, no ser\u00eda factible transportar los purines a una factor\u00eda de procesamiento de purines si est\u00e1 a m\u00e1s de 10km de la explotaci\u00f3n ganadera, \u00a1porque el coste del transporte ser\u00eda mayor que el beneficio!\u201d. Pero los cient\u00edficos han encontrado una soluci\u00f3n: han creado un nuevo tipo de fotobioreactor<\/strong>, con una capacidad de 40.000 litros, que permite procesar los purines in situ<\/em>, en las propias granjas.<\/strong> Ahora est\u00e1n estudiando como licenciar esta tecnolog\u00eda, a la vez que construyendo una planta piloto.<\/p>\n

Este sistema tambi\u00e9n podr\u00eda servir para tratar las aguas residuales humanas, y el grupo est\u00e1 ya en contacto con Aguas de Barcelona. \u201cMe gusta porqu\u00e9 nuestros proyectos son muy diversos. \u00a1Y son divertidos!\u201d<\/strong>, concluye Mac\u00eda.<\/p>\n

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Pod\u00e9is escuchar a Javier Mac\u00eda y la estudiante de doctorado Sira Mogas explicando su trabajo en este v\u00eddeo (en catal\u00e1n).<\/p>\n