Enseñar a leer señales de código morse a bacterias, el primer paso hacia una computadora biológica

Un grupo de investigación trabaja con ingeniería genética para lograr que las bacterias reaccionen a un estímulo asociado a una señal lingüística. El objetivo es que esta población de bacterias sea capaz de ‘leer’ el código morse, un siguiente paso para utilizar organismos vivos en computación. El proyecto busca comprobar si estos seres vivos pueden crear redes neuronales que les permita tener inteligencia artificial.

La investigación tiene lugar en el Laboratorio de Biología Sintética De Novo del Instituto de Biología Integrativa de Sistemas (I2SysBio), un centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) de España y la Universitat de València (UV). Además, cuenta con financiación de la Oficina de Investigación Naval de los Estados Unidos.

La computación biológica estudia cómo utilizar elementos de la naturaleza para procesar y almacenar información. Como cualquier otra rama de la computación, combina un hardware (las bacterias) con un software, el programa para utilizar la información. Las células vivas del experimento pertenecen a la especie Escherichia coli y son modificadas genéticamente para reaccionar a una determinada señal, proporcionando una computadora que no necesita software.

De jugar al tatetí a decodificar señales

Estas bacterias son capaces de aprender gracias a que se les ha incorporado una memoria en sus genes: ya han sido capaces de aprender a jugar al tatetí jugando contra humanos y recibiendo como único conocimiento si han ganado o perdido. “Ahora estamos diseñando bacterias inteligentes que sean capaces de aprender a decodificar señales”, asegura el director del laboratorio, el científico del CSIC Alfonso Jaramillo. El principio que aplican se basa en la física, en el fenómeno conocido como resonancia.

“Las partículas que componen la materia poseen una frecuencia de vibración característica. Si se actúa sobre ellas con una frecuencia igual, estas vibrarán con la amplitud máxima posible”, explica Jaramillo, que inició su carrera investigadora como físico teórico en el Instituto de Física Corpuscular (IFIC), otro centro mixto del CSIC y la UV.

Lo que hace el equipo de Jaramillo es modificar algunos genes de las bacterias para que ‘oscilen’ (reaccionen) ante una determinada señal. En este caso, reciben un pulso químico con una duración temporal concreta como las señales del código morse (formadas por pulsos largos y cortos). Las ‘instrucciones’ de la resonancia se guardan en la memoria de la bacteria. Al recibir la señal programada, las bacterias generan proteínas que provocan que la bacteria se ilumine (fluorescencia), en un proceso similar al de las sinapsis de nuestro cerebro.

Emplear hongos como una supercomputadora

“Obtenemos así un sistema neuromórfico, una población de bacterias que funciona como una superneurona”, describe el científico del CSIC. Según Jaramillo, en el futuro la suma de las reacciones de esta población de bacterias sería capaz de decodificar cualquier letra del código morse.

De momento podrían leer solo una letra cada vez, pero este es el primer paso para crear en organismos vivos lo que en computación se conoce como ‘red neuronal artificial’, un concepto inspirado en la biología, donde un conjunto de unidades (neuronas) están conectadas entre sí para transmitirse señales.

“Si pudiésemos utilizar este sistema en hongos, que se ha demostrado que son capaces de conducir electricidad y de crear redes entre los árboles, podríamos crear algo parecido al planeta Pandora de la película Avatar”, apunta Jaramillo.

El proyecto pretende demostrar que se pueden usar organismos biológicos para hacer computación, una computadora biológica que, según Jaramillo, tiene ventajas incluso sobre una computadora cuántica. “Un organismo vivo no consume electricidad, es robusto a daños, puede integrarse en otros organismos vivos, tiene un coste bajo y se reproduce solo”, resume.