Bactérias ganham lógica e são programadas como computadores

O objetivo não é criar “computadores de DNA” para substituir os computadores de silício, mas levar a precisão da computação para as interações biológicas. [Imagem: Analog VLSI/MIT]

Cientistas usaram a engenharia genética para criar linhagens da bactéria E. coli com circuitos moleculares que permitem que elas sejam programadas como se fossem pequenos computadores biológicos.

A técnica permite que as bactérias, interconectadas pelo que os cientistas chamam de “fios químicos”, sejam programadas para se comunicar e para realizar cálculos.

Portas lógicas

As bactérias receberam portas lógicas que funcionam de forma similar às encontradas nos computadores eletrônicos.

Uma porta lógica é um circuito elementar que recebe duas entradas e fornece um resultado que depende da combinação de valores daquelas duas entradas.

“Nós sempre pensamos na computação como o uso de correntes eletrônicas para fazer cálculos, mas qualquer substrato pode funcionar como um computador, incluindo engrenagens, tubulações de água e… células,” explica o Dr. Christopher Voigt, da Universidade da Califórnia, nos Estados Unidos.

“Aqui nós temos uma colônia de bactérias que está recebendo dois sinais químicos de seus vizinhos e agindo como as portas lógicas que formam a base da computação de silício,” complementa ele.

Biologia programável

O objetivo desse ramo da chamada biologia sintética não é criar “computadores de DNA” para substituir os computadores de silício, mas levar a precisão da computação para as interações biológicas.

“O objetivo de programar células não é fazê-las ultrapassar os computadores eletrônicos,” diz Voigt. “Ã o inverso, é sermos capaz de acessar tudo o que a biologia pode fazer de uma maneira confiável e programável.”

Isto permitirá que as células sejam programadas com funções específicas para uma variedade de objetivos, incluindo a agricultura e a produção de fármacos, materiais e produtos químicos industriais e biocombustíveis, entre outros – veja Bactérias viram minifábricas de vacinas e biocombustíveis.

Os circuitos biológicos capazes de executar operações lógicas foram criados usando genes, que a seguir foram implantados nas bactérias. [Imagem: Tamsir et al./Nature]

Circuitos lógicos biológicos

Os computadores trabalham executando operações lógicas sobre uma enxurrada de 0s e 1s, que é como os processadores entendem as palavras do nosso editor de textos, os números das nossas planilhas ou os dados de uma complicada simulação atmosférica para a previsão do tempo.

A equipe do Dr. Voigt construiu os circuitos biológicos capazes de executar essas mesmas operações lógicas usando genes. A seguir, esses circuitos foram inseridos em cepas da bactéria E. coli.

Em vez de ler 0s e 1s da memória, a porta “bio-lógica” controla a liberação e a detecção de um sinal químico, que permite que as portas sejam conectadas entre as diversas bactérias de forma muito similar à conexão das portas eletrônicas em uma placa de circuito impresso.

Bactérias programáveis

Os pesquisadores agora estão desenvolvendo os algoritmos que permitirão que os engenheiros genéticos programem as bactérias para que elas executem as funções que eles desejem.

Voigt afirma que, no futuro, o objetivo é ser capaz de programar as células usando uma linguagem formal semelhante às linguagens de programação atualmente usadas para escrever programas de computador.

O Dr. Voigt ganhou renome mundial no campo da biologia sintética em 2005, quando usou bactérias geneticamente modificadas para tirar fotografias em alta resolução.