A. Gargantilla Becerra, M. Gutiérrez, R. Lahoz-Beltra

Computing within bacteria: Programming of bacterial behavior by means of a plasmid encoding a perceptron neural network.

Biosystems, Volume 213, 2022, 104608. 2022

DOI: 10.1016/j.biosystems.2022.104608

RESUMEN

En la naturaleza, las bacterias muestran un repertorio limitado de comportamientos en respuesta a los cambios ambientales. La biología sintética ha abierto ahora la posibilidad de programar células u organismos unicelulares para que puedan realizar determinadas tareas, lo que permitiría programar "bacterias inteligentes". Estas bacterias podrán ser utilizadas algún día para resolver una amplia gama de problemas ya sea dentro de un biorreactor, el órgano o tejido de un paciente o mediante el diseño de consorcios microbianos-sintéticos orientados a su uso en bioprocesos para producir medicamentos, biocombustibles o biomateriales. En este trabajo, mostramos como un organismo "sin cerebro", las bacterias, pueden ser convertidos en seres inteligentes, introduciéndose una técnica con la que es posible dotar a las bacterias con un circuito neuronal perceptrón previamente entrenado. En primer lugar, mostramos cómo una colonia de bacterias dotada de un perceptrón es capaz de resolver un problema de optimización in silico. En segundo lugar, estudiamos también mediante experimentos de simulación, cómo una colonia de bacterías "inteligentes" forma colonias o comunidades complejas exhibiendo las bacterias interacciones sociales. Creemos que estas sociedades complejas formadas por bacterias inteligentes, al estar dotadas de un circuito genético que emula a un circuito neuronal, serán de utilidad práctica en el futuro para resolver problemas del mundo real. Por último, damos un paso más, y estudiamos cómo el perceptrón anterior - diseñado como un circuito genético con el que programar comportamientos bacterianos - puede ser insertado en un plásmido (https://doi.org/10.6084/m9.figshare.14399141.v4) con el que sería posible transformar bacterias en organismos unicelulares inteligentes. Una de las aportaciones del trabajo es mostrar la equivalencia entre una red neuronal y un circuito genético, diseñándose el plásmido con CELLO (http://cellocad.org), una herramienta del MIT.