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Michael Schiffer / Unsplash

Biotecnología

Riesgos y beneficios de un IoT biológico basado en bacterias

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Estos organismos presentan muchas de las características típicas de los dispositivos de internet de las cosas. Un sistema de este tipo podría tratar enfermedades de forma localizada e identificar toxinas y contaminantes. Pero también sería susceptible a hackeos biológicos de pesadilla

  • por Emerging Technology From The Arxiv | traducido por Ana Milutinovic
  • 19 Noviembre, 2019

¿Cómo sería el dispositivo perfecto para internet de las cosas (IoT, por sus siglas en inglés)? ¿Qué funciones debería tener? Para empezar, debería poder comunicarse, tanto con otros dispositivos como con sus propietarios humanos. También debería poder almacenar y procesar información, y monitorizar su entorno mediante distintos sensores. Finalmente, necesitará algún tipo de motor incorporado.

Existen muchos dispositivos con varias de estas características. La mayoría de ellos se basan en aparatos relativamente baratos y ampliamente disponibles, como Raspberry Pis, placas Arduino y similares. Pero los investigadores de la Universidad Queen Mary de Londres (Reino Unido) Raphael Kim y Stefan Poslad destacan otro conjunto de máquinas con funciones similares: las bacterias. Estos organismos se comunican de manera efectiva y tienen motores y sensores integrados, así como una poderosa arquitectura de almacenamiento y procesamiento de información.

En su opinión, esta idea plantea una posibilidad interesante. ¿Por qué no usar bacterias para crear una versión biológica de internet de las cosas? Recientemente, en un llamamiento a la acción, han presentado algunas de las ideas y las tecnologías que podrían hacerlo posible.

La forma en la que las bacterias almacenan y procesan la información es un área emergente de investigación, en gran parte centrada en el caballo de batalla bacteriano Escherichia coli. Estas (y otras) bacterias almacenan información en estructuras de ADN en forma de anillo llamadas plásmidos, que se transmiten de un organismo a otro en un proceso llamado conjugación.

Ilustración: esquema de cómo funcionaría un sistema de internet de las cosas basado en bacterias.

El año pasado, el investigador de la Universidad de Padua (Italia) Federico Tavella y sus colegas crearon un sistema en el que una cepa de E. coli inmóvil transmitió el mensaje "Hola mundo" a una cepa móvil, que llevó la información a otro lugar. Este tipo de transmisión de información es muy frecuente en el mundo bacteriano y crea una red fantásticamente compleja. Pero el experimento de prueba del principio de Tavella y su equipo demuestra que se podría aprovechar para crear una especie de bio-internet, según Kim y Poslad.

La E. coli es un medio perfecto para esta red. Es móvil: tiene un motor incorporado en forma de apéndices ondulantes con forma de hilo llamados flagelos, que generan empuje. Tiene receptores en sus paredes celulares que detectan aspectos de su entorno: temperatura, luz, productos químicos, etcétera. Almacena información en el ADN y la procesa a través de ribosomas. Y es pequeña, lo que le permite existir en entornos a los que las tecnologías artificiales les cuesta acceder.

También es relativamente fácil de manipular y diseñar. El movimiento de la biología hazlo-tu-mismo (o DIY, por sus siglas en inglés) ha logrado que las herramientas biotecnológicas sean más baratas y estén más disponibles. El Amino Lab, por ejemplo, es un kit de ingeniería genética para escolares, que les permite reprogramar E. coli para que brille en la oscuridad, entre otras cosas.

Este tipo de biohackeo (biohacking) es cada vez más común y demuestra el notable potencial que tendría un bio-internet de las cosas. Ente su amplia gama de posibilidades, Kim y Poslad destacan: "Las bacterias podrían programarse y desplegarse en diferentes entornos, como el mar y las ciudades inteligentes, para detectar toxinas y contaminantes, para recopilar datos y emprender procesos de biorremediación".

Las bacterias incluso podrían reprogramarse para tratar algunas enfermedades. Los investigadores continúan: "Al albergar el ADN que codifica hormonas útiles, por ejemplo, las bacterias pueden viajar a un destino elegido dentro del cuerpo humano, [y] producir y liberar dichas hormonas cuando el sensor interno del microbio se active".

Por supuesto, hay varios inconvenientes. Aunque la ingeniería genética permite todo tipo de experimentos divertidos, también habilitan posibilidades más oscuras que quitan el sueño a los expertos en bioseguridad. Las bacterias, por ejemplo, también podrían actuar como vectores de transmisión de diversas enfermedades desagradables.

Estos microorganismos también son fáciles de perder de vista, ya que no tienen nada parecido a un GPS. Así que seguirlas resulta difícil. De hecho, podría ser casi imposible rastrear la información que transmiten una vez que se liberan. Y ahí radica uno de los problemas de la idea de internet biológico de las cosas. El internet convencional un mensaje creado en un punto en el espacio y vuelve a ser creado en otro punto elegido por el remitente. Este proceso permite a humanos, y cada vez a más dispositivos, comunicarse entre sí por todo el planeta.

El bio-internet propuesto por Kim y Poslad ofrece una forma de crear y enviar un mensaje, pero carece de un sistema que permita controlar dónde acaba. La bio-red creada por la conjugación bacteriana es tan enorme que la información podría acabar casi en cualquier lugar. Los biólogos han analizado el proceso de conjugación que transfiere el material genético de bacterias a levaduras, a plantas e incluso a células de mamíferos.

La evolución también es importante. Todos los seres vivos están sujetos a sus propias fuerzas. Por muy inofensiva que pueda parecer una bacteria, el proceso de evolución es capaz de causar problemas a través de la mutación y la selección, con resultados imposibles de predecir.

Luego está el problema de que los actores maliciosos intenten manipular esta red. Internet convencional ha atraído a bastantes personas que liberan malware con fines nefastos. Su interés en esta especie de internet biológico de las cosas podría dar lugar a múltiples pesadillas.

Kim y Poslad reconocen algunos de estos problemas y resaltan que crear una red basada en bacterias abre nuevos problemas éticos. Los investigadores concluyen: "Este tipo de desafíos ofrecen una área rica para la discusión sobre la implicación más amplia de los sistemas de IoT impulsados por bacterias". Se trata de una discusión que habría que solucionarse cuanto antes.

Ref: arxiv.org/abs/1910.01974The Thing with E. coli: Highlighting Opportunities and Challenges of Integrating Bacteria in IoT and HCI

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