Biotecnología (BioT)

Biotecnología (BioT)

Tecnología genética y computadores neuronales

Resumen

 La Biotecnología tiene tres vertientes:

• Intervenir en los procesos biológicos naturales.
• Reproducir procesos biológicos artificialmente.
• La interacción entre sistemas naturales y artificiales, la ciborg-tecnología

La manipulación genética es la técnica más revolucionaria

 de la primera, siendo el descubrimiento del sistema CRISP CAS9

 para la manipulación genética in vivo la más reciente y

 revolucionaria de las técnicas genéticas.

En el campo de los sistemas biológicos artificiales destacan

 los procesadores neuronales que imitan los procesos cerebrales.

 Entre los avances más destacables en este campo están

el chip neuronal y  las sinapsis artificiales 

Ingeniería genética

El descubriendo del sistema CRISPR CAS9 ha abierto el camino para el desarrollo de tecnologías genéticas que permitan la modificación en vivo del genoma de todo tipo de seres vivos, incluyendo los seres humanos. La edición en vivo de genomas permite el desarrollo de terapias humanas de ingeniería genética.

Es sistema CRISPR, racimos de palindrómicos cortos regularmente interespaciados, junto con el conocimiento de la función de la encima cas9 para cortar cadenas de ADN y facilitar la inserción de segmentos genéticos predeterminados, permiten manipular genomas a voluntad. El procedimiento reconoce y localiza la secuencia de ADN por intermedio de una cadena de ARN. Optogenética. La cas9 es una encima endonucleasa de ADN y ARN.

El sistema CRISPR se descubrió al observar que en el genóma de algunas bacterias procariotas aparecían secuencias genéticas que se repetían a espacios regulares a lo largo de las cadenas de ADN de esas bacterias. El estudio de esas regularidades, que estaban separadas por material genético desconocido, se denominó material genético de interposición. Su estudio llevó a la conclusión de que eran segmentos del genoma de virus que habían infectado a las bacterias observadas o a alguno de sus antecesores, y que eran utilizadas por las bacterias afectadas para identificar los virus dañinos en el caso de ser nuevamente atacadas por ellos a fin de destruirlos antes de que infectasen a la bacteria.

Las doctoras E. Charpentier y J. Doudna descubrieron que la encima cas9 podía identificar segmentos específicos  de genoma, cortarlos y eliminarlos en vivo de un genoma y, modificando la encima, sustituirlos por otros segmentos a voluntad. A continuación Feng Zhang logró utilizar la técnica para modificar genomas.

La modificación genética permite eliminar segmentos patológicos del genoma de un enfermo y sustituirlos por segmentos sanos, lo que supone disponer de terapias genéticas que podrían sanar enfermedades hereditarias e incurables hasta la fecha mediante esas terapias genéticas. Alterar diferentes especies de seres vivos para hacerlos inmunes a diferentes virus o bacterias, pudiendo, por ejemplo, desarrollar mosquitos que no trasmitan la malaria, o desarrollar vegetales inmunes a determinadas plagas. Desactivar los genes que hacen a algunas bacterias resistentes a los antibióticos. Curar enfermedades genéticas, como la hemofilia, la diabetes hereditaria, el síndrome de Hunter o varios tipos de cáncer de origen genético. La nueva técnica ya se está utilizando para mejorar la función de determinados fermentos para la producción de alimentos fermentados, como el yogur, el vino o la cerveza. Estudiar la función de un gen desconocido. Eliminar un gen patológico hereditario y sustituirlo por uno sano. Las posibilidades son ilimitadas. En el futuro se podrá utilizar incluso para desarrollar nuevos individuos de diseño hasta nuevas especies.

Será preciso desarrollar un código que limite las tareas éticas en el campo de la tecnología genética ante la amplitud de posibilidades que se plantean.

Chip neuronal

IBM ha desarrollado un nuevo chip que procesa información mediante neuronas artificiales construidas con un material que cambia gradualmente de fase al recibir impulsos eléctricos, pasando a lo largo de una cadena de fases, de un estado amorfo, aislante, a un estado cristalino y conductor de la corriente. De manera que los elementos se comportan como lo hacen las neuronas, acumulando impulsos que reciben, hasta alcanzar un estado en el que descargan un impulso propio que envían a todas las neuronas con las que están conectadas.

Otra característica de las neuronas artificiales que las semeja a las biológicas es la estocasticidad, el hecho de que en similares situaciones, no siempre la reacción es exactamente la misma, entrando en juego un factor de probabilidad e indeterminación, propio de la creatividad, denominado quirk o capricho.

El nuevo chip permite simular las redes neuronales cerebrales, procesando información de manera que la historia, la memoria de lo ocurrido anteriormente, condiciona el proceso y las decisiones tomadas, con lo que el sistema puede aprender y aprende. Frente a los ordenadores del tipo von Neumann, en los que memoria y procesador de datos están separados, en los procesadores neuronales, ambos están integrados en una única unidad física. Imagino que la programación deberá ser muy distinta al sistema secuencial que conocemos.

Como Ramón y Cajal demostró, las neuronals reciben impulsos de otras neuronas con las que está conectadas por las dentritas mediante sinapsis y, en al alcanzar un determinado gradiente de excitación, se descargan enviando impulsos a otras neuronas que realizan su propio proceso de acumulación de señales recibidas y descargas sobre sus asociadas. Como el grado de cristalización tiene un grado de conductividad proporcional al estado, es fácil conocer el estado en que cada neurona se encuentra.

El material del nuevo chip es una aleación de calcogenuro, que son compuestos químicos que contienen un anión anfígeno, azufre o selenio, y un metal. Se venían utilizando en xerografía, pero más recientemente se están empleando en nano-optoelectrónica.

Fuente Centro de Investigación de IBM

Sianpsias artificiales

Frente a los ordenadores secuenciales, lo ordenadores neurologicos integran la información a procesar y los procesos o programas a ejecutar, evitando el trasiego de datos entre la memoria y el procesador. Un elemento importante en los procesadores neuromórficos son las sinapsis artificiales. El problema es la elevada cantidad de energía que se consume en el proceso haciendo que no sea práctico.

El nuevo sistema ENODe reproduce con más fidelidad el sistema natural, reduciendo drásticamente las necesidades de energía, dividiendo el consumo por un factor de varios millones. El sistema está constituido por dos membranas separadas por un electrolito. La carga electita que se va acumulando por las señales que le llegan a la sinapsis altera la conductividad del electrolito de separación. Al alcanzar una carga determinada, se establece la corriente descargándose la señal sobre la célula vecina. La energia requerida por las sinapsias artificiales ENODe es incluso inferior a la consumida por las naturales.

Una ventaja adicional de las nuevas sinapsis permite acoplar un sistema artificial directamente al cerebro.
Fuente: Sandia National Laboratories

Ciborg-tecnología

El ciborg o cyborg, de "cybernetic organism", combina sistemas orgánicos con biomecánicos. Cada vez son más numerosos los implantes y prótesis que en parte o totalmente son artificiales. Había que destacar los implantes cerebrales y los ojos biónicos y añadir los exoesqueletos.

Enlace a video explicando el sistema CRISPR CAS9:

https://www.youtube.com/watch?v=MzMsgmeEOhI&list=PL4_fJegcjcJ_doqefkW1hoIee_sgivMr2