Herramientas basadas en ARN para avanzar en la computación celular
Es bien sabido el paralelismo que existe entre las células y los ordenadores. Las primeras cuentan con sus propios algoritmos, y la computación celular se dedica a «hackear» estos algoritmos con varios fines, sobre todo en el campo de la biología. En el marco del proyecto RIBONETS (Programming cellular networks and community behaviour with synthetic RNA-based devices), la profesora Ilka Axmann se propuso realizar ese «hackeo» valiéndose de ARN. «El ARN presenta tres ventajas principales —adujo—. En primer lugar, la renovación del ARN es rápida, y por eso con redes de ARN es posible realizar una computación eficiente. En segundo lugar, el plegado del ARN y las interacciones ARN-ARN se pueden predecir bien por medios informáticos, y por consiguiente se puede construir una gama amplia de dispositivos novedosos. Por último, producir ARN es barato desde la perspectiva de la energía, ya que la célula hospedadora no se ve afectada por la computación». Dado esto, RIBONETS se dedicó a desarrollar un conjunto de herramientas novedosas basadas en ARN y aplicadas a la computación celular, lo cual era necesario para obtener diseños de ARN nuevos en la biología sintética. «Con el herramental de RIBONETS, se pueden crear sensores y dispositivos basados en ARN que regulen de forma eficaz rutas de señalización y metabólicas artificiales», manifestó la profesora Axmann. El conjunto de herramientas de RIBONETS consta de conmutadores de ARN totalmente sintéticos que inciden de forma negativa en la expresión de un gen diana determinado. Se desarrolló una herramienta de diseño flexible de secuencias de ácidos nucleicos denominada RNAblueprint. Cuenta con una interfaz de usuario sencilla, es de código libre y se puede encontrar en GitHub. Si bien el proyecto se llevó a término sin ninguna aplicación específica como meta, la profesora Axmann quiso destacar las grandes posibilidades que se abren: «En un futuro, las bioterapias y los métodos de diagnóstico basados en ARN permitirán mejorar la salud del ser humano, no solo a través de aplicaciones tecnológicas, sino también mediante métodos terapéuticos nuevos. Los ARN sintéticos y los aptámeros de ARN —posiblemente en combinación con proteínas auxiliares como CRISPRCas9— presentan un potencial enorme de cara a intervenir en genes relacionados con enfermedades que se consideran intratables. Los avances recientes en química harán posible la administración directa de ARN sintético a células, y eso no hará sino ampliar el número de aplicaciones posibles en terapias con ácidos nucleicos». En el caso de los sensores ARN biomoleculares, la profesora Axmann opina que podrían proporcionarse plataformas para utilizar conmutadores de ADN que permitan la detección rápida de patógenos, algo similar al biosensor del virus Zika desarrollado por Pardee y Green en su artículo «Rapid, Low-Cost Detection of Zika Virus Using Programmable Biomolecular Components». Vinculando la amplificación isotérmica de ARN a los novedosos sensores ARN de conmutación, el equipo ha podido detectar secuencias del virus Zika en plasma de un macaco infectado y demostrar su especificidad frente a secuencias del virus del Dengue emparentadas estrechamente. Otra cuestión bien distinta es cuándo se cree que llegarán esas aplicaciones. «Desde la situación actual, es difícil calcularlo con precisión. Habrá que seguir mejorando los efectos regulatorios de nuestros reguladores de ARN de acción negativa. Gracias a RIBONETS, nos encontramos en un punto en el que está en funcionamiento toda la maquinaria y se tiene a tiro un cribado directo de alto rendimiento», afirmó la profesora Ilka Axmann. Los biosensores y conmutadores de ARN sintéticos diseñados y creados en RIBONETS podrían estar disponibles en un plazo de cuatro o cinco años. Aparte del herramental descrito, otras aportaciones importantes de RIBONETS consisten en la formación impartida a una generación nueva de científicos y en las vías de comunicación abiertas entre la bioinformática con ARN y la biología de cultivos en laboratorio con ARN. «Los talleres y simposios que organizamos están consolidando una comunidad dinámica y bien comunicada que se dedica a investigar con ARN», subrayó la profesora Axmann. Ahora que el proyecto ha tocado a su fin, su equipo aspira a prolongar su labor de investigación con ARN y, más concretamente, a afianzar y aprovechar el conjunto de herramientas de ARN creado en RIBONETS.
Palabras clave
RIBONETS, ARN, bioinformática, célula, algoritmo, biotecnología blanca, medicina, sensores, herramental, RNAblueprint
