24C3: Una de bioinformática

Esta vez es el turno de “Programming DNA. A 2-bit language for engineering biology” de Drew Endy del MIT, que fue una de las que más interesantes me resultaron en todo el evento.

Lo primero que ha hecho ha sido lanzar dos preguntas que le gustaría contestar al acabar la conferencia:

* ¿Habrá hackers biológicos?
* ¿Habrá comunidades de hackers biológicos?

### Introducción

Empieza comparando la evolución de la informática con la de la bioingeniería, que ha sido algo más lenta hasta ahora pero promete dispararse.

Muestra un virus biológico, un objeto físico de unos nanómetros que lleva consigo el DNA y lo transforma. También enseña unas bacterias que se reproducen por culpa del virus, y cómo este se replica. Las características más interesantes de un virus son que:

* Se autoensambla
* Tiene escala nanométrica
* Se puede copiar físicamente a sí mismo
* Lo puedes programar usando el DNA

Lo siguiente que muestra, a través de PubMed, es la secuencia de DNA de un virus, y hace una broma con lo difícil que es encontrar documentación sobre cómo está codificada la vida.

Para él, la ingeniería inversa más fascinante que puede imaginar es la ingeniería inversa de un organismo vivo, que lleva millones de años evolucionando y modificando su código.

También muestra unas simulaciones por computador de infecciones de virus con un software open source.

Prosigue hablando de la complejidad el código genético: después de 60 años estudiando las secuencias del DNA, el 40% de las cosas no sabemos lo que son ni para lo que sirven.

Cuenta una anécdota relacionada con un circuito electrónico para calcular una raíz cuadrada, que imprimió en una hoja y presentó a Sussman para que le explicase cómo funcionaba, y entender el mecanismo utilizado para la ingeniería inversa en otras áreas. La respuesta que tuvo fue algo como que de dónde había sacado ese “crappy printout”, o ¿dónde cogiste esto? ¿cómo quieres que lo entienda si no está hecho para que lo entienda?

Explica cómo tomaron 40,000 secciones de DNA, las rompieron en trozos y las reorganizaron y pusieron en un cultivo otra vez, y lo más sorprendente para ellos es que el programa seguía siendo viable. Ha habido risas cuando ha puesto un ejemplo sobre la actuación de un virus, comparándolo con que te asomes desde la Estación Espacial Internacional y que veas un leñador cortando un árbol, y por cada árbol que cortase saliese un nuevo leñador que volviese a cortar más árboles…

En el paper Refactoring bacteriophage T7 reescriben el código para hacerlo más fácil de entender. Refactoring stuff!!! Es curioso ver cómo la refactorización ya se utiliza fuera de la informática

### Algunos proyectos de bioingeniería

Proyectos que le habían impresionado:

* En Mitshubisi mezclaron el genoma de 2 organismos (tardaron 7 años) y el resultado era viable
* Reconstrucción de un virus que hace millones de años infectó nuestro DNA y se fue reproduciendo de diferentes formas en diferentes copias de material genético. Ingeniería inversa a lo bestia…
* Modificar bacterias para que actúen sobre tumores y los destruyan
* En Caltech (Pasadena, California), están implementando puertas lógicas con RNA (molecular switches)
* Un reloj biológico que hacía que cuando era de noche el organismo brillase y cuando era de día no (A synthetic oscillatory network of transcriptional regulators)
* Berkeley: bacterias para combatir a la malaria
* Capturar gases que salen de las chimeneas
* Otro proyecto que había conseguido que los ratones fueran capaces de ver en tres colores en lugar de en dos… sea lo que sea lo que eso quiera decir
* Lámina con bacterias que podía hacer fotos
* Creación de nanopatrones estructurales
* Cesta que crece ella sola
* Casas que crecen solas

Después de esto, reflexiona sobre que para llegar a construir cosas como el Viaducto de Millau, antes hubo que partir de la definición de bloques estándar y manejables.

### Tecnologías fundamentales

Estas son las tres tecnologías en las que se basa toda la biotecnología de los últimos treinta años, seguidas de las tres nuevas tecnologías en desarrollo actualmente:

1. Recombinant DNA: cut and paste de fragmentos preexistentes de DNA
2. Polymerase chain reaction: amplifica el DNA
3. Automated sequencing: permite tomar un trozo de DNA y “leerlo”, obteniendo las letras
4. Automated construction: obtener el DNA de la nada
5. Abstraction
6. Standarization

#### Automated construction

Lo ilustra con la idea de tomar ATCG, derivados desde la caña de azúcar, y a través de un computador, suministrarlo en un orden determinado a un frasco, y obtener el DNA que se quiere. Es como un replicador de comida en Star Trek, o como un compilador de material genético.

Aunque dice que lo que le dejó pasmado es que es más fácil encontrar documentación sobre los replicadores de comida de Star Trek que sobre los sintetizadores de DNA

Lo que es interesante es que esta tecnología está mejorando muy rápidamente desde que en 1995 se secuenció la primera bacteria. Muestra una gráfica logarítmica donde se ve que la tecnología está creciendo a un ritmo por encima de la de los semiconductores.

Vuelve a Refactoring bacteriophage T7 y muestra la receta con el procedimiento seguido durante los 3.5 años que tardaron en hacerlo.

Get me this DNA!

#### Abstraction and Standarization

La mayor parte de la ingeniería genética tiene lugar al nivel del “lenguaje máquina”: TAATACGACTCACTATAFFFAGA (lo dice de carrerilla y después comenta que se acuerda de esta secuencia porque fue su password durante un tiempo )

El problema es que hay muchas secuencias de estas a recordar, y programar a este nivel sería lo mismo que programar siempre en “lenguaje máquina”. Por ello han buscado mayor abstracción y estandarizar componentes.

Las “partes” son funciones básicas biológicas codificadas a través de material genético, de manera que por ejemplo lo anterior se podría codificar como “R0083″:

> R0083

> Type: Promoter

> Family: Protein:DNA

> Activity: 2 PoPS (max.)

> Cell Type: Any

> Requires: C0083

> Temp:

> Issues: None

> License: Public

Los “dispositivos” proporcionan funciones definidas por los humanos a partir del empleo de una o más “partes” (por ejemplo lógica booleana).

Los “sistemas” proporcionan funciones definidas por los humanos a partir del empleo de uno o más dispositivos (como el ejemplo anterior del reloj biológico).

Tienen un comic donde explican cómo se ha implementado la abstracción en los materiales genéticos (versión para lector de pantalla ).

Han comenzado un repositorio de “partes” con componentes genéticos “open source”. (Registry of Standard biological parts). Muestra una datasheet que han creado para un receptor genético

Durante este periodo de construcción de una ingeniería genética a partir de otras ingenierías, también han tutorizado trabajos de alumnos desde 2003, mediante los estudios de IGEM en los que compiten entre diferentes equipos de China, Melbourne…

El equipo australiano obtuvo un componente para cambiar cómo flota o se hunde una bacteria incrementando o disminuyendo el nivel de un gas.

Otro de los equipos de 5 adolescentes, creó un sistema con 24 componentes. Incide en que gracias al nivel de abstracción actual, ya no hay DNA en el diagrama del sistema, sino cosas como BSGD, que significa Banana Smell Generating Device. El punto en el que nos encontramos ahora es que somos capaces de programar cosas como:

>if {growing}

> call wintergreen()

>else

> call bananas()

Prosigue planteando unas cuestiones al auditorio:

* ¿Deberían los adolescentes practicar la ingeniería genética?
* ¿Debería haber laboratorios BL-4 de alto secreto trabajando en estas materias?
* ¿Serán los biohackers buenos o malos? ¿Es inevitable la biotecnología de garaje?
* ¿Deberían las partes “BioBrick” ser patentadas o libremente compartidas?
* ¿Debería haber una carrera profesional para los ingenieros genéticos? ¿Deberían los ingenieros genéticos firmar sus trabajos?

### Safety Security

Comenta estar sorprendido por haber descubierto cuánto gusta la biotecnología en la comunidad hacker, porque ha encontrado en la revista Make… un sistema para separar el DNA utilizando Lego y unas cuantas pilas, un Thermal Cycler para hacer reacciones en cadena y amplificar DNA, una “clean box” para propagar esporas descompilando y reensamblando un filtro para el aire…

Muestra como en 1977, en The Real Paper de Boston se publicaron las instrucciones sobre cómo clonar una toxina en la cocina. Dice que no tiene ningún informe de que tuvieran éxito, y que no sabe si es que no lo consiguieron, o si lo consiguieron y eso les mató Sospecha que hay una selección natural terminando con la gente haciendo cosas estúpidas…

Muestra los niveles de bioseguridad establecidos (4 niveles), que son cumplidos por todos los laboratorios serios, pero se pregunta lo que ocurrirá si cada vez es más fácil y más fácil trabajar con este tipo de stuffs.

¿Qué ha cambiado desde los 70?

1. Bases de datos llenas de información sobre secuencias
2. Internet
3. Primeros retornos de las inversiones en tecnología de construcción de DNA
4. Envíos FEDEX y servicio a domicilio nocturno de DNA
5. Preocupación por gente aplicando mal la biotecnología

Vuelve a la página de PubMed, y busca el genoma del virus de la fiebre hemorrágica, y se pregunta lo que pasará cuando la gente tenga disponible la tecnología de síntesis de DNA y “los fuentes” del