Passi avanti sui biocircuiti
Biocircuiti simili a circuiti elettronici per superare l'imprevedibilità dei sistemi biologici
RICERCA – Costruire biocircuiti, cioè sistemi che al pari dei circuiti elettrici hanno una serie di input e output, è una delle frontiere più stimolanti, nonostante le numerose difficoltà nel tenere sotto controllo le imprevedibilità dei sistemi biologici. Una nuova ricerca del MIT (Massachusetts Institute of Technology), pubblicata su Nature Biotechnology, ha ora perfezionato un modo per superare almeno parzialmente questo ostacolo.
Negli ultimi anni, sui biocircuiti sono stati fatti molti passi avanti in termini di progettazione e realizzazione, e le possibili applicazioni sono davvero molte. Una delle più interessanti è il “biosensing”, ovvero la possibilità che una cellula possa rilevare una molecola specifica in un determinato ambiente e dare una precisa risposta. Pensiamo, per esempio, a un sistema in grado di riconoscere una molecola marker per un determinato tumore: la sua presenza innescherebbe la produzione di sostanze in grado di combattere e distruggere il tumore.
Un sistema di questo tipo può funzionare bene, però, solo se il circuito è in grado di riconoscere in maniera precisa una cellula cancerogena da una che non lo è, senza compromettere la vitalità e salute delle cellule sane. Questo problema, tipico della chemioterapia, è altrettanto reale per i biocircuiti che non danno ancora risposte precise e prevedibili. Il problema è che i circuiti biologici, a differenza di quelli elettrici, non hanno un flusso unidirezionale tra le singole componenti perché i componenti cellulari sono immersi in fluidi molto complessi.
Come ridurre questa imprevedibilità? Da tempo si sta cercando di rimediare a questo forte limite, considerato il fatto che il flusso di informazioni è guidato da interazioni chimiche. Non si è però ancora riusciti a far combaciare i risultati attesi con quelli reali.
Per risolvere questo problema il team di ricercatori, tra i quali Deepak Mishra del dipartimento di ingegneria biologica del MIT, ha messo a punto un driver di carico (Load driver) che funziona un po’ come quelli utilizzati nei circuiti elettronici. Il suo scopo è quello di fornire una sorta di tampone tra il segnale e l’uscita, evitando gli effetti dovuti ai segnali di backup presenti nel fluido cellulare che causano ritardi dell’output. Il sistema, realizzato nel lievito Saccharomices cerevisiae, ha invece permesso di eliminare questi effetti rendendo il circuito molto più performante.
In questo modo, secondo gli autori dello studio, si riesce a ridurre notevolmente l’imprevedibilità dei risultati in modo da poter considerare i biocircuiti molto più simili ai circuiti elettronici. Si tratta ovviamente di una ricerca iniziale che richiederà anni per un’applicazione commerciale, ma potrebbe trasformare in realtà idee e progetti interessanti per la salute umana, come i sistemi automatici di rilascio dell’insulina per i diabetici, grazie al costante controllo del glucosio nel sangue.
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Crediti immagine: Peter Shankz, Flickr
