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Team:UNAM-Genomics Mexico/es/Project
From 2010.igem.org
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Descripcion general del proyecto
La Biología Sintética ha permitido cambios en todo ámbito biologico, uno de estos es la comunicación. La comunicación celular se ha basado desde tiempos inmemoriales en mensajeros químicos usados para intercambiar información. Como tal, estos mensajeros, independientemente de su alcance, se ven limitados a un sistema químico, incluyendo hasta esos mensajeros de largo alcanze, como las hormonas se vinculan a un sistema químico (cuerpo humano). Sin embargo, este modo de comunicación está a punto de cambiar.
En este proyecto, nuestro objetivo es hacer que la barrera química de la comunicación celular se vuelva obsoleta al usar mensajeros no químicos: fotones. Estos transportaran información entre células que han sido diseñadas para detectar y emitir luz, creando así un sistema de comunicación basado en fotones inter-celulares.
Estos mensajeros son producidos a través de reacciones bioluminiscentes y son capaces de atravesar múltiples entornos. Por ende, esta capacidad permite la propagación de información más allá de las restricciones químicas, biológicas y e incluso espaciales. Como el mensajero es efectivamente libre de la barrera química, es un paso natural en el puente de comunicación entre los sistemas de base orgánica y aquellos basados en el silicon, como las computadoras.
Detalles del proyecto
El proceso de transferir información de un emisor a un receptor a través de un canal determinado se llama comunicación. Entidades biológicas se han basado desde tiempos inmemoriales en mensajeros químicos para transmitir información; Válido para los organismos multicelulares, así como para las poblaciones de organismos unicelulares. Al ser compuestos químicos, estos mensajeros se ven limitados al alcanze de dicho sistema, por ejemplo: Aun mensajeros de largo alzanze, como las hormonas, estan ligadas al sistema quimico (cuerpo humano).
En este proyecto, nuestra meta es hacer que la barrera química de la comunicación celular se vuelva obsoleta.Esto se traduce al uso de mensajeros no químicos, en este caso, los fotones. Nuestro canal entonces es la luz hecha apartir de paquetes de fotones o cuantas de energía, que transportaran información de los remitentes a los receptores, cruzando asi murallas quimicas. En consecuencia, nuestro sistema de comunicación ya no es contenida dentro de un sistema químico, pero dentro de uno físico, es decir: debe de existir un canal fisico por el cual los fotones puedan ser transportados. Este canal físico puede variar desde algo tan sofisticado como un sistema de enlaces basado en microcontroladores electrónicos, hasta algo tan simple como el aire (o el vacio!!). Sin embargo, esta capa física debe ser impermeable a la señalización de los componentes químicos. Por tanto, el sistema de señalización química no se vería afectada por el canal físico, y viceversa. En consecuencia, el intercambio de información a través de medios físicos es suficientemente independiente de la información codificada en las vías del sistema químico endógeno. En otras palabras, es extraordinariamente no invasivo. Como bono adicional, nuestras entidades receptoras son fácilmente transformadas en entidades emisoras. Así, usando nuestras células como chasis de procesamiento de información, podemos ampliar la capade comunicaciones. Nosotros podemos hacer nuestro sistema efectivo donde la informacion es:
- Codificada y enviada por un emisor
- Recibida y decodificada por un receptor
- Procesada, transformada y transmitida sucesivamente
Nuestra ambiciosa implementación se basa en sistemas muy bien conocidos, principalmente proteínas bioluminiscentes de Photinus pyralis y de Vibrio fischeri, así como de receptores foto activos como el dominio Luz-Oxigeno-Voltaje (LOV) en proteínas quiméricas. Entonces así explotamos el hecho que las células ya poseen una foto comunicación primitiva, tanto organismos pluricelulares como unicelulares. Mas aun, en nuestro sistema la información fotonica es transformada en y a partir de información química dentro de cada célula. Siendo así, la barrera química, membrana que limitaba la comunicación, se vuelve a un aislador del ruido. Para concretar, la desvinculación del mensajero de una capa química, habre una gama de posibilidades que eran inaccesibles, que van desde la neurobiología, acoplamiento de sistemas biológicos a ciberneticos y hasta telecomunicaciones biológicas!!.
Recepción
Queremos usar un complejo quimérico unido a la cinasa EnvZ para captar la luz roja y transladarla a una señal detectable para la célula, en este caso OMPR fosforilado. Este espectacular sistema es ampliamente conocido como Coliroid en el iGEM 2004 creado por el equipo de la universidad de Texas y el quipo de UCSF. El siguiente sistema funciona como una puerta logica NO luz. Nosotros contemplamos un uso distinto de este receptor para obtener directamente una puerta logica del tipo Si hay luz.
Nuestro segundo dispositivo de detección esta basado en la bioparte: LOVtap. Este factor de transcripción se dimeriza al ser excitado por la luz azul, conllevando así a la transcripción de una determinada secuencia del promotor. Por otro lado, estamos viendo la posibilidad del uso del promotor azul <nuevo>.
Por ultimo, y no así menos importante, nuestro dispositivo de entrada final se basa en un nuevo descubrimiento en un sistema parecido al de OmpR en Synechocystis. Este sistema usa una proteina sensadora CcaS que pone al descubierto un motivo de cinasa al ser irradiado con luz verde. Lo que procede a fosforilar el factor de transcripcion regulatorio CcaR. Y así este TF activa la transcripcion.
Emisión
Nosotros planteamos el uso de una versión mutada de la luciferasa de Photinus pyralis para generar un rojo difuso. En adición, pretendemos usar la recién descubierta enzima regeneradora de luciferina LRE, llamada así por sus siglas en ingles.
Para las emisiones de verde y azul pretendemos el uso del operón LUX de Vibrio Fisheri. Tomaremos de ventaja el biobrick de la proteína lumazina para generar una luz azul desfasada en el espectro, y de misma manera, el uso de la cepa LuxY para generar un espectro desfasado equivalente al verde.
Aplicaciones
Mientras que las bacterias luminosas no son nuevas, las bacterias foto-comunicantes son raras. Nosotros planeamos usar esta ventaja en diferentes aplicaciones basadas en el mismo principio. Incluyendo osciladores, bio-cables, telefonos celulares usando bacterias, entre otras...
Resultados
(Aun no... pero, mantente en contacto!)
