Proteínas que procesan información: CUCEI explora una nueva forma de computación

Las computadoras procesan información mediante impulsos eléctricos que representan ceros y unos. Pero, ¿qué pasaría si esas operaciones pudieran realizarse mediante proteínas e interacciones químicas? Esta es una de las preguntas que impulsa el trabajo del Laboratorio de innovación biodigital del Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías (CUCEI).

El grupo de investigación explora el biocómputo, un campo que busca aprovechar los mecanismos de los sistemas biológicos para ejecutar operaciones computacionales. Entre sus proyectos se encuentra el desarrollo de redes de proteínas capaces de procesar señales y contribuir a la detección programable de organismos patógenos.

La iniciativa parte de una idea que hace aproximadamente 25 años parecía difícil de materializar: construir una computadora biológica. El investigador Ernesto Borrayo Carbajal explicó que los avances en biología sintética y los trabajos del investigador Michael Elowitz inspiraron al equipo a explorar las capacidades computacionales de las células.

“Sabemos que las células pueden hacer cómputo a partir de proteínas”, explicó al referirse a la posibilidad de aprovechar y diseñar procesos químicos para realizar tareas específicas.

De los impulsos eléctricos a las interacciones moleculares

A diferencia de las computadoras convencionales, que utilizan componentes electrónicos para representar y procesar información, el biocómputo emplea interacciones entre moléculas para generar respuestas.

El doctor Gerardo Mendizábal Ruiz, jefe del Laboratorio de sistemas autónomos para el diseño biotecnológico, explicó que el desafío consiste en adaptar las propiedades de los sistemas biológicos para ejecutar operaciones determinadas. Para comprenderlo, puede imaginarse a un conjunto de pelotas de distintos colores que representan proteínas; según sus cantidades y la manera en que interactúan, algunas se unen y otras se separan. Al medir la cantidad de determinadas agrupaciones, el sistema puede producir una respuesta que corresponde a la información procesada.

Este principio se relaciona con el proyecto “Biocómputo proteico basado en redes de dimerización competitiva para la detección programable de organismos patógenos”, liderado por Borrayo y aceptado en la convocatoria de Ciencia de frontera de la Secretaría de ciencia, humanidades, tecnología e innovación (Secihti).

La investigación busca desarrollar sistemas proteicos que procesen señales biológicas y permitan reconocer condiciones específicas. Entre las posibilidades que explora el equipo están la detección de patógenos y el reconocimiento de determinadas mutaciones asociadas con células cancerígenas.

Investigación que cruza disciplinas

El laboratorio reúne a 45 integrantes, entre investigadores, posdoctorantes y estudiantes de licenciatura y posgrado. Su organización interdisciplinaria permite que perfiles de distintas áreas participen en el desarrollo de proyectos.

Daniela Flores Nuño, estudiante de la maestría en Bioingeniería y cómputo inteligente, dijo que los integrantes comparten ideas y retroalimentan sus investigaciones. A través de seminarios internos, explicó Arturo Orozco Estrada, doctorante en Ciencias en inteligencia computacional, el equipo analiza los proyectos desde diferentes perspectivas.

Sin embargo, llevar estos diseños a sistemas biológicos funcionales representa un desafío. Flores Nuño destacó que el biocómputo es un campo emergente que todavía requiere generar conocimiento, mientras que Mendizábal Ruiz agregó que las pruebas experimentales implican costos elevados en reactivos y materiales.

La aceptación del proyecto en la convocatoria representa una oportunidad para fortalecer la investigación y establecer colaboraciones científicas. Borrayo también destacó el potencial de construir vínculos con investigadores internacionales.

A largo plazo, el equipo busca comprender mejor el funcionamiento molecular de la vida y aprovechar esos mecanismos para desarrollar soluciones que hoy no existen. Entre sus perspectivas se encuentran las terapias inteligentes, capaces de responder a determinadas señales biológicas y nuevas formas de computación potencialmente más eficientes en términos energéticos.

Más que sustituir a las computadoras tradicionales, el biocómputo plantea otra posibilidad: utilizar las propiedades de la vida como herramientas para procesar información y enfrentar problemas biomédicos.