p Cientistas do Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria (IST Áustria) conseguiram controlar o comportamento de bactérias individuais conectando-as a um computador. A equipe interdisciplinar, incluindo o biólogo experimental Remy Chait e o matemático Jakob Ruess (agora no Institut Pasteur e Inria Saclay na França), bem como os professores Calin Guet e Gasper Tkacik, usou a configuração para construir um circuito genético que é parcialmente vivo e parcialmente digital. Na prova experimental de conceito, eles fizeram a expressão gênica em bactérias oscilar, e controlou os padrões de oscilação ajustando a comunicação digital entre bactérias individuais. Uma aplicação potencial de tal tecnologia híbrida bio-digital poderia tornar possível "depurar" sistemas biológicos complexos da mesma forma que códigos de computador complexos são depurados:testando cada parte individualmente enquanto simula seus arredores em uma forma de realidade virtual. p Quando os biólogos sintéticos desejam criar um microrganismo que possa cumprir uma determinada tarefa como parte de seu ciclo metabólico, como a produção de um medicamento ou antibiótico contra o câncer, eles geralmente precisam fazer um número significativo de mudanças no organismo original. Cada uma dessas mudanças tem vários efeitos que podem interferir nos efeitos de todas as outras mudanças, alterando o resultado final. "Mesmo que você entenda o que as diferentes partes fazem, você não sabe o que acontece quando você os coloca juntos, "explica Remy Chait." Há feedback entre eles que torna o comportamento de todo o circuito imprevisível. "

p Uma solução potencial para esse problema vem do desenvolvimento de software e é chamada de teste de unidade e integração. Nesta abordagem, cada componente é testado individualmente e sua interação com o ambiente é estudada. A melhor maneira de fazer isso é simular os arredores em um espaço virtual e deixar o componente interagir com esse mundo virtual. É esse método que os pesquisadores agora se propõem a aplicar também aos sistemas biológicos.

p "Os sistemas biológicos são complexos, e nos beneficiaríamos se pudéssemos depurá-los como um código de computador. Em testes de unidade e integração, você simula o ambiente e conecta cada um dos componentes separadamente para verificar se funcionam como pretendido. Então você os combina em pares e começa tudo de novo. Desta maneira, você verá em que ponto o feedback e a interferência começam a perturbar o sistema, e ajustá-lo apropriadamente, "diz Remy Chait. Ao iterar este método, a parte virtual pode ser reduzida de forma constante até que o sistema seja totalmente biológico novamente, e tem a função desejada.

p Os pesquisadores demonstraram a viabilidade de híbridos bio-digitais com um oscilador bio-digital. Em sua configuração, as células de E. coli modificadas produzem uma proteína com fluorescência azul-violeta. Essa luz colorida forma a interface com o lado digital. A cada seis minutos, o computador mede quanta luz a célula produz, e acumula uma molécula de sinal virtual em proporção a ela. Quando o sinal excede um certo limite, a produção da proteína fluorescente pela célula é desligada. Isso é feito por um projetor que projeta luz vermelha ou verde como um sinal "desligado" ou "ligado" nas células sensíveis à luz e, assim, conecta o componente digital de volta às partes vivas do circuito. “As células estão interagindo com o ambiente simulado. O que elas fazem influencia o que o computador faz, e o que o computador faz influencia a reação das células. Se você sabe Jornada nas Estrelas , você certamente já ouviu falar do Holodeck. O que construímos é essencialmente um Holodeck simples para genes de microorganismos. "

p Quando os pesquisadores testaram seus circuitos híbridos, a população de células brilhava em violeta azul - e o brilho oscilava, embora com variações entre as bactérias individuais. Mas os pesquisadores queriam que a bactéria oscilar em sincronia, então, eles alteraram o componente digital e montaram uma rede de comunicação virtual entre as bactérias. Nesta configuração, parte do sinal virtual é distribuído entre vizinhos e o grupo de bactérias exibe diferentes tipos de oscilação coletiva.

p Uma aplicação diferente da plataforma do pesquisador é o controle de feedback de células individuais que as orienta ao longo de trajetórias pré-especificadas de expressão de genes fluorescentes. Desta maneira, eles podem fazer um grupo de células traçar imagens ou letras ao longo do tempo (veja a ilustração).