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“Es imposible que una persona aprenda lo que cree que ya sabe.”
Este nuevo número de Komplex presenta como pensador del mes a Drew Endy, joven ingeniero biológico empeñado en hacer que este campo de la ciencia cumpla con las promesas que hizo en su día, y ello, desde un radical planteamiento de código abierto y conocimiento compartido. Aderezan la entrega un par de artículos y libros, sobre temas que nos han parecido de interés.
Nuestro objetivo, una vez más, no es otro que proporcionaros nuevos temas de conversación, y como siempre, si deseáis hacer alguna aportación, o comentario o dejar de recibirlo, podéis dirigiros a complejidad@bioef.org.
“…Nací en 1970. Si echamos la vista atrás unos cientos de años veremos que siempre ha existido la creencia de que un día podríamos diseñar, hacer o construir vida, pero nadie hasta ahora ha conseguido demasiado al respecto. Durante los años setenta los seres humanos inventaron un montón de nuevas tecnologías, el ADN recombinante para cortar y pegar fragmentos de material genético preexistente,… y la reacción en cadena de la polimerasa, que aunque se inventó en los setenta no se empleó regularmente hasta una década más tarde,… y la secuenciación automática, aquí mismo en esta ciudad, con Fred Sanger en 1977…
Ahora, treinta años después de esos éxitos iniciales de la biotecnología, solo se ha cumplido realmente una de sus promesas. Las promesas iniciales eran, primero, crear agentes terapéuticos por medio de organismos recombinantes, producir fármacos como la insulina a través de bacterias, lo que efectivamente, se ha conseguido. La terapia génica fue la segunda de las promesas, corregir defectos genéticos parcheando nuestros programas de ADN, y esto aún no se ha cumplido. Y tercero, desarrollar cultivos que fijasen el nitrógeno de forma que la agricultura no precisase de fertilizantes sintéticos y esto tampoco se ha conseguido. O sea que de las tres grandes promesas iniciales de las que se habló al comienzo de la ingeniería genética se ha cumplido una.
Sin embargo la biotecnología existe y contribuye de forma importante a nuestra salud y nuestra economía y a la mejora de la condición humana en general; ahora estamos en 2008 y la pregunta es: ¿podemos cumplir esas promesas iniciales de la biotecnología? O, mejor, olvida esa cuestión y sustitúyela por ésta: ¿cómo hacemos que la biología sea fácil de manejar por la ingeniería, de forma que consigamos obtener de la materia viva cualquier cosa que queramos manufacturar?
Por ejemplo, yo trabajo en el Departamento de Ingeniería Biológica del MIT, que es un departamento nuevo para las políticas del centro; sólo tiene dos años. Una consecuencia de ser un Departamento es que debemos dar enseñanza de pregrado. Imagina que tienes 15 años y eres un joven ambicioso, o 17 o 18 y eres estudiante de pregrado en el Departamento de Ingeniería Biológica del MIT y estas decidiendo cual va a ser tu licenciatura, en principio puede ser biología, o ingeniería electrónica o informática o… puedes licenciarte en ingeniería biológica. ¿Qué esperarías aprender? ¿Qué esperarías de tus compañeros de facultad, de tus profesores? ¿Qué serían capaces de enseñarte?
Miras a tus compañeros que van a estudiar ingeniería electrónica y sabes que aprenderán a diseñar y construir ordenadores, o a escribir programas informáticos y los objetos que produzcan no tendrán propiedades emergentes salvo que eso fuese lo que se pretendía. Luego echas una mirada a la ingeniería biológica y piensas, bueno,… sí, me gustaría diseñar y producir organismos vivos, o programar ADN para ejecutar programas genéticos que se comporten como se esperaba. Pero,… nadie puede enseñarte cómo se hacen esas cosas.
Treinta años de biotecnología después y, a pesar de todos los éxitos y de la atención de los medios y de la publicidad exagerada, seguimos siendo unos ineptos en lo que se refiere a la ingeniería de las cosas vivas. Apenas hemos arañado la superficie y por eso la gran pregunta es para mí ¿cómo hacemos la biología más fácil de manejar? En comparación si miras a otras áreas de la tecnología, por ejemplo la electrónica, durante la segunda guerra mundial había gente construyendo ordenadores, Von Neumann construía una bonita máquina en los sótanos del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton. El propósito oficial de esa máquina era diseñar bombas de hidrógeno y computar las trayectorias de las municiones. Y por supuesto, lo que hizo Von Neumann fue estudiar temas de vida artificial con ella, porque eso era lo que de verdad le interesaba. Era el año 1950 y sólo veinticinco años después ya teníamos el ordenador personal Apple One...
… Si pensamos en lo que ocurrió en esos veinticinco años, desde la máquina de Von Neumann al Apple One, un elemento clave de esa transición es que la gente estaba tan excitada respecto a los ordenadores y tan hartos del acceso limitado a ordenadores centralizados que se pusieron a construir sus propios ordenadores, por definición, sus ordenadores personales. Como resultado, hoy tenemos una comunidad mundial de gente a la que le encanta construir ordenadores y escribir software y esa comunidad incluye chavales de instituto, profesionales, grandes compañías, gobiernos…, lo que quieras. Una ecología enormemente diversa alrededor de esa tecnología.
En algunos de sus escritos, Freeman Dyson imagina ingenieros genéticos ganando el premio de la exposición de flores de Filadelfia o de la de reptiles de San Diego, o lo que sea. La cuestión es cómo llegar hasta ahí. Y si empiezas a trabajar en esa dirección y en cómo resolver los problemas, no para ti mismo, ni para conseguir bioenergía, sino para todo en general, compruebas que hay mucha gente que quiere hacer lo mismo…”
Programar ADN es todavía más atractivo, más interesante, más potente que el programar silicio. Disponemos actualmente de una máquina viva y que se reproduce; nanotecnología que funciona. No es una fantasía tipo Eric Drexler. Y vamos a conseguir programarla. Yademás es una tecnología bastante barata. No necesitas un laboratorio tipo FAB como necesitarías para las obleas de silicio, basta con hacer crecer algo en agua con un poco de azúcar y un par de nutrientes. Creo que existe una enorme presión a nivel global que empieza a aparecer alrededor de lo que hasta ahora ha sido un extraordinariamente limitado acceso a la biotecnología.
La entrevista completa en Edge: ENGINEERING BIOLOGY, A Talk with Drew Endy
Drew Endy, es titulado en ingenierías civil, ambiental y bioquímica por las universidades de Lehigh y Dartmouth. Estudió genética y microbiología como postdoctorado en Austin y Adison. Desde 1998 hasta 2001 colaboró en la puesta en marcha del Molecular Sciences Institute, un laboratorio de investigación biológica independiente y sin ánimo de lucro en Berkeley, California. Desde 2004, es profesor de Ingeniería Biológica en el MIT. A partir de junio de este año 2008, ejercerá como profesor de la misma materia en la Universidad Stanford.
Con Thomas Knight, Gerald Jay Sussman, y otros investigadores del MIT trabaja en el campo de la biología sintética y la ingeniería de componentes, dispositivos y elementos biológicos estandarizados conocidos como BioBricks. Endy es uno de los fundadores del Registry of Standard Biological Parts, y ha inventado una jerarquía abstracta de clasificación para sistemas genéticos integrados.
Endy es también conocido por su oposición a la propiedad limitada de las informaciones genéticas y un acérrimo defensor del libre acceso a las mismas. Ha sido uno de los primeros promotores de una biología “open source” y colaboró en la creación de la Fundación Biobricks, una organización sin ánimo de lucro en defensa de esos principios. Es cofundador también de Codon Devices, una pequeña empresa de biotecnología que pretende comercializar síntesis de ADN.
Algunos de sus artículos recientes:
Molecular Monogamy, Nature 426, 614-615 (comment),Drew Endy and Michael B. Yaffe
Decoding NF-kB signalling, Science 298, 1189-1190 (comment), Alice Y. Ting and Drew Endy
Modelling cellular behaviour, Nature 409, 391-395 (perspective), Drew Endy and Roger Brent
Computation, prediction, and experimental test of fitness for bacteriophage T7 mutants with permuted genomes, Proceedings of the National Academy of Sciences USA 97, 5375-5380, Drew Endy, Lingchong You, John Yin and Ian Molineux
Toward antiviral strategies that resist viral escape, Antimicrobial Agents & Chemotherapy 44, 1097-1099, Drew Endy and John Yin
Y toda la información sobre el trabajo de su equipo en formato Wiki en Open Wetware.
Un algoritmo para identificar redes
Gracias a ciertos algoritmos se pueden encontrar subgrafos dentro de redes genéticas que ayuden al entendimiento de ciertas enfermedades. También se pueden aplicar a las redes sociales y a Internet. En un reciente artículo de la Physical Review E 77:016104 (2008), Weixiong Zhang, Ph.D.,profesor de ingeniería informática y genética de la Washington University, junto a su alumno de doctorado , Jianhua Ruan, publicaba un algoritmo (una formula de instrucciones informáticas) que identifica automáticamente comunidades y sus estructuras más sutiles en varios tipos de redes. Muchos sistemas complejos pueden ser representados como redes, afirma Zhang, incluyendo los sistemas genéticos, que son el objeto de su estudio, las redes sociales y el mismo Internet. La estructura de comunidad en las redes muestra una división natural en la que los vértices de cada subred están muy comunicados entre sí, y menos con el resto de la red. Las comunidades son relativamente independientes unas de otras estructuralmente, pero los investigadores creen que cada comunidad puede corresponderse con unidades funcionales básicas. Una comunidad en una red genética, normalmente, contiene genes con funciones similares, de la misma forma que una comunidad en la World Wide Web, a menudo, corresponde a páginas web de temas similares….
“Algorithm finds the network - for genes or the Internet”, nota de prensa de la Washington University de San Luis.
Fractales, arquitectura y la muerte de Euclides
Paola Antonelli es responsable de Arquitectura y Diseño del MoMA. Benoit Mandelbrot es el padre de la geometría fractal. Mientras estudiaba arquitectura en el Politécnico de Milán, en los años setenta, Antonelli recibió inspiración de las visualizaciones y geometrías de Mandelbrot y escribió su tesis sobre “Arquitectura fractal”. Se encontraron personalmente por primera vez el año pasado cuando Antonelli invitó a Mandelbrot a un Salón MOMA/Seed un ateneo mensual de científicos, diseñadores y arquitectos. Volvieron a encontrarse para discutir de fractales, arquitectura y la muerte de Euclides este febrero justo antes de la inauguración de la exposición “Diseño y la Mente Elástica” organizada por Paola Antonelli en el MOMA.
La conversación publicada en Seed está disponible aquí.
Un reciente informe hecho público por el National Marriage Project de la Rutgers University, basado en una encuesta realizada a 1.010 varones heterosexuales de edades comprendidas entre 25 y 34 años, muestra que un 53% de los encuestados no tenían intención de casarse a medio plazo. Más sorprendentemente aún, un número significativo de solteros, el 22%, manifestaba que el matrimonio no estaba hecho para ellos. ¿A qué es debido que tantos solteros retrasen (o rechacen) los compromisos religiosos y legales del matrimonio? Algunos piensan que el matrimonio se sitúa cada vez más bajo en nuestras prioridades de la lista de eventos asociados con la transición a la edad adulta en la sociedad actual, por detrás de la educación, el empleo y la independencia financiera. Desafortunadamente, en ocasiones, es necesario hacer sacrificios para conseguir esos logros educacionales y profesionales, aunque cuando se llega a los treinta algunos empiezan a reconocer que algo les falta en la vida y buscan nuevas formas de encontrar pareja.
Captando genomas: una teoría del origen de las especies
De Lynn Margulis y Dorian Sagan
El lenguaje en el que se escribe el cambio evolutivo no son ni las matemáticas ni la morfología generada por ordenador. Tampoco la estadística. La historia natural, la ecología, la genética y el metabolismo mejorarían mucho con un mayor conocimiento de los microbios. La fisiología, ecología y protistología microbianas son esenciales para comprender el proceso evolutivo. El comportamiento microbiano en sus propias poblaciones y en su interacción con otras poblaciones ha condicionado el serpenteo de la vida, expandiendo el recorrido de la evolución. El mundo vivo microscópico subyace en el comportamiento, desarrollo, ecología y evolución de la vida de la que somos parte y con la que co-evolucionamos. Mientras algunos pueden sentirse ofendidos por esta perspectiva de una evolución puntuada y llevada adelante por fusiones microbianas, nosotros creemos con Darwin que hay grandeza en esta forma de entender la vida. Innumerables formas y variaciones aparecen no gradualmente y al azar, sino potente y súbitamente, a través de la cooptación de extraños, la inclusión y participación de otros, virus, bacterias y eucariotas, en genomas cada vez más complejos e híbridos. Atracción, fusión, integración, incorporación, cohabitación, recombinación, permanente y cíclica y otros apareamientos prohibidos son la fuente principal de la variabilidad que buscaba Darwin.
Incertidumbre: Einstein, Heisenberg, Bohr y la lucha por el alma de la ciencia.
De David Lindley
La ciencia puede medir la velocidad de un fotón, pero no su localización exacta. O bien, la ciencia puede medir su localización pero no su velocidad. La física newtoniana argüiría que es posible medir ambos, mientras que la física cuántica afirma que es imposible. Existen muchos otros aspectos de la impredictibilidad: por ejemplo la ciencia puede explicar el proceso radioactivo, la forma en que un átomo se rompe y emite partículas que son detectadas como radiación. Sin embargo, no puede predecir en qué momento un átomo determinado va a romperse o por qué se rompe en un momento determinado. Esta aparente aleatoriedad e impredictibilidad son características del mundo cuántico. Algunos predijeron el fin de la ciencia cuando Heisenberg y otros definieron el principio que describía las limitaciones de la ciencia para medir y definir con precisión algunos fenómenos elementales. Einstein, en particular estaba profundamente preocupado y nunca pudo aceptar el principio de incertidumbre, aunque reconocía que tenía sentido. Uno de los propósitos de este libro es mostrar que el principio de incertidumbre de Heisenberg no ha conducido para nada a ese final de la ciencia.
El libro también analiza las vidas y las contribuciones de una serie de científicos, generalmente alemanes en las primeras décadas del siglo XX. Lindley se interesa específicamente por ellos como personas individuales, a menudo muy diferentes, de variadas perspectivas religiosas y culturales, que discutieron entre sí y contribuyeron al descubrimiento del principio de Heisenberg. Los tres actores principales según el autor fueron Neils Bohr (que no era alemán sino danés), Albert Einstein, y Werner Heisenberg, del sur de Alemania. (Lindley estudia también las aportaciones de otros). Einstein fue reconocido como el genio cuyas teorías general y especial de la relatividad cambiaron nuestro moderno concepto del Universo y cuya teoría de la luz como pequeños paquetes de energía fue crucial para el desarrollo de la teoría cuántica. Neils Bohr es el viejo teórico pontifical, el filósofo egoísta, que esquiva los cálculos matemáticos y aporta enigmáticos pronunciamientos en un lenguaje tan obtuso y oscuro que pocos lo llegan a entender. Heisenberg aparece como el genio callado cuya perspicacia y habilidades matemáticas le permiten descubrir y comprender el principio de incertidumbre. Bohr y Heisenberg discutirán largo y tendido sobre el significado y naturaleza de la incertidumbre y será Bohr el que finalmente aporta el vocabulario a través del que el mundo llegará a comprenderlo…