p Pesquisadores do Instituto Pasteur e Inria, com pesquisadores do CNRS e da Universidade Paris Diderot, e do Instituto de Ciência e Tecnologia (IST) da Áustria, publicou dois artigos em Nature Communications sobre controle de computador de processos celulares. Plataformas experimentais híbridas que combinam microscópios e software estão permitindo que os pesquisadores façam a interface de células vivas com algoritmos de controle em tempo real. Os dois artigos ilustram que essas soluções tornam possível criar comportamentos novos e facilmente reprogramáveis ​​de populações de células. Esse controle externo do tecido vivo se tornaria uma ferramenta de pesquisa formidável para adquirir uma compreensão detalhada do papel biológico de certas proteínas e para otimizar os processos de bio-produção. p O objetivo da biologia sintética, que combina biologia com engenharia, é (re) programar células a fim de melhorar seu desempenho em uma tarefa específica, ou para que possam executar uma nova tarefa com eficiência. Um dos desafios desta disciplina é, portanto, contornar as limitações dos sistemas biológicos existentes. Por exemplo, é difícil obter a mesma expressão gênica em células diferentes, mesmo que sejam cultivados no mesmo meio. Graças a essas tecnologias de ponta, os pesquisadores são capazes de fornecer controle homogêneo de um processo celular por um longo período.

p Pesquisadores do Instituto Pasteur e da Inria, o CNRS e a Universidade Paris Diderot, e o IST Áustria desenvolveram duas plataformas conectando um microscópio a um computador. As células são colocadas em um dispositivo microfluídico no qual o ambiente químico pode ser variado ou as células podem ser expostas a estímulos de luz. Um programa de computador decide quais modificações devem ser feitas no ambiente químico ou luminoso de acordo com o comportamento observado das células e o objetivo do experimento. O computador também gerencia a aquisição de imagens pelo microscópio e sua análise, para quantificar as respostas celulares em tempo real.

p No primeiro artigo, os pesquisadores do Instituto Pasteur e de dois grupos do IST Áustria usaram a optogenética para ativar a expressão de um gene expondo as células à luz. Uma proteína fluorescente é usada para medir a quantidade de proteína produzida. Um controlador, usando um modelo do sistema, pode então tomar decisões em tempo real sobre quais distúrbios dinâmicos aplicar com base no comportamento futuro esperado das células. Graças aos programas de computador criados pelos pesquisadores, eles podem controlar cada célula individualmente de várias maneiras, ou criar comunicação virtual entre várias células, que circulam mensagens em uma ordem facilmente reconfigurável. “Conseguimos construir uma plataforma que nos permite projetar circuitos que são parcialmente biológicos e parcialmente virtuais. As partes virtuais desses circuitos podem ser modificadas arbitrariamente para criar e explorar comportamentos celulares rapidamente, mesmo além do que é biologicamente possível, "diz Jakob Ruess, co-primeiro autor do primeiro artigo.

p No segundo artigo, Grégory Batt, Chefe da unidade do InBio e coautor com Pascal Hersen do CNRS / Paris Diderot University explica como eles conseguiram colocar um sistema celular em uma configuração instável:“Projetamos um programa de computador que visa forçar as células a tomar decisões binárias de forma aleatória. Para fazer isso, as células são levadas a uma região de instabilidade - como escaladores em uma linha de cume de montanha - e então evoluem livremente em direção a uma das duas configurações estáveis ​​possíveis. Inesperadamente, observamos que um determinado estímulo, se escolhido corretamente, foi capaz de levar grupos de células diferentes para a região de instabilidade e mantê-los lá. Esses resultados podem ajudar a obter uma compreensão mais clara de como as populações de células coletivamente tomam decisões robustas sem coordenação individual. "

p Os avanços científicos descritos nestes artigos foram possibilitados pela aliança entre duas disciplinas hoje complementares:a biologia e as ciências digitais. Estreita colaboração entre o Instituto Pasteur e Inria, assumindo a forma de Grupo de Pesquisa InBio, cujo objetivo é desenvolver uma estrutura metodológica para alcançar uma compreensão quantitativa do funcionamento dos processos celulares, é a ilustração perfeita do valor da pesquisa interdisciplinar combinando abordagens experimentais com desenvolvimentos metodológicos.