Eletrônica

Bactéria ganha lógica programável e memória persistente

Com informações do MIT - 14/02/2013

Bactéria ganha lógica programável e memória persistente
Os circuitos genéticos bacterianos podem não apenas fazer cálculos, mas também lembrar dos resultados, que ficam codificados no DNA da bactéria. [Imagem: Liang Zong/Yan Liang]

Memória biológica

Há poucas semanas, cientistas coreanos surpreenderam o campo da biologia sintética ao criar um "circuito genético", um circuito lógico feito com genes de bactérias.

O feito coroou uma série de trabalhos com as chamadas portas lógicas biológicas, em que as bactérias ganham uma lógica que permite que elas sejam programadas como computadores.

Agora, cientistas do MIT, nos Estados Unidos, deram um passo ainda mais radical nesse campo emergente e promissor, mas que também levanta uma série de preocupações.

Piro Siuti e seus colegas manipularam as células bacterianas de forma a não apenas dar-lhes lógica, mas também memória.

Ou seja, os circuitos genéticos bacterianos podem não apenas fazer cálculos, mas também lembrar dos resultados, que ficam codificados no DNA da bactéria.

E é uma lembrança persistente, já que o DNA vai passar ao longo de gerações, conforme os microrganismos se reproduzem.

Bactéria ganha lógica programável e memória persistente
Um dos objetivos de longo prazo da biologia sintética é criar microrrobôs vivos que entrem no corpo humano para detectar doenças. [Imagem: U.S. Fish and Wildlife Service]

Bio-lógica e bio-memória

Até agora, os cálculos executados pelas portas lógicas bacterianas - o que pode ser algo tão simples quanto apontar se uma molécula está ou não presente no ambiente - transformam-se em resultados na forma de uma resposta específica, como a produção de uma proteína verde fluorescente (GFP).

Quando os cálculos são mais complexos, o que também já foi demonstrado experimentalmente, os resultados só duram enquanto o estímulo original está presente.

É aí que entra a inovação feita por Siuti e seus colegas.

Eles modificaram geneticamente a bactéria de forma que o circuito lógico seja alterado de forma irreversível pelo estímulo original, criando uma memória permanente do evento, ou do cálculo.

Em uma porta "bio-lógica" AND típica, as duas entradas ativam as proteínas que, juntas, "ligam" o gene que controla a expressão da proteína fluorescente. No novo circuito bacteriano com memória, a entrada alteram definitivamente as regiões do DNA que controlam a produção da GFP.

Os pesquisadores testaram a memória não-volátil do cálculo bacteriano por 90 gerações de bactérias.

Para ler os resultados persistentes, os cientistas podem simplesmente verificar a produção da proteína GFP sinalizadora. Mesmo se a bactéria tiver morrido será possível ler o resultado, mediante o sequenciamento do DNA do "computador biológico".

Bactéria ganha lógica programável e memória persistente
A eletrônica analógica, que imita reações em células vivas, pode ajudar também em uma melhor compreensão da biologia. [Imagem: Christine Daniloff]

Biocombustíveis e sensores ambientais

Os circuitos bio-lógicos com memória poderão ter uma infinidade de aplicações.

Por exemplo, eles poderão ser utilizados para criar um tipo de circuito conhecido como conversor digital-analógico.

Esse tipo de circuito tem entradas digitais - por exemplo, a presença ou ausência de compostos químicos individuais - que são convertidas para uma saída analógica, um intervalo de valores, tais como os níveis contínuos de expressão do gene.

Um conversor digital-analógico biológico poderá permitir um melhor controle sobre a produção de células que geram biocombustíveis, medicamentos ou outros compostos úteis.

Em vez de criar circuitos que estão sempre ligados - bactérias que produzem o biocombustível continuamente - ou utilizando promotores que necessitam de entradas contínuas para controlar os níveis de produção, os cientistas poderão programar o circuito de forma transitória, para que ele produza a um determinado nível.

As bactérias e seus descendentes sempre irão lembrar desse nível, sem precisar de nenhuma informação adicional.

Usados como sensores ambientais, esses circuitos biológicos poderão fornecer uma memória muito precisa a longo prazo. "Pode haver diferentes sinais digitais que você queira detectar, e só ter uma saída analógica que resuma tudo o que aconteceu em um período," exemplifica Lu.

Bibliografia:

Synthetic circuits integrating logic and memory in living cells
Piro Siuti, John Yazbek, Timothy Lu
Nature Biotechnology
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nbt.2510




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