þPresupuestos & Condiciones de contorno þHipótesis iniciales 1. Bases biológicas 2. Herramientas biotecnológicas Las biotecnologías, concepto Técnicas biotecnológicas - 1. Ingeniería genética - 2. Fusión de materiales celulares - 3. Fermentación - 4. Ingeniería enzimática Biotecnologías aplicables en MICROORGANISMOS Biotecnologías aplicables en VEGETALES - 1. A nivel de planta entera - 2. A nivel celular - 3. Aplicaciones: fitotecnologías Biotecnologías aplicables en ANIMALES SUPERIORES - 1. Técnicas de identificación forense - 2. Técnicas de diagnóstico - 3. Terapias génicas - 3.1. Clonación y Transferencia nuclear - 3.2. Células madre: embrionarias y de adulto - 3.3. Técnicas reproductivas con/sin manipulación genética - 4. Proyecto Genoma Humano. Perspectiva - 5. Proyecto Proteoma Humano. Enfoque Nanotecnología: un "nuevo" uso del ADN   3. Biodiversidad 4. Ecología/Alimentación 5. Genoma Humano 6. Economía 7. Análisis ético y bio-ético

Gráfico 1 Esquema de funcionamiento de una nanoestructura.

Gráfico 2 Bacteriorrodopisina programable.
La bacteriorrodopsina (BOD) exhibe insólitas propiedades al ser expuesta a la luz. La BOD, que se encuentra en la membrana de Halobacterium salinarium, permite el crecimiento de la bacteria cuando la concentración de oxígeno es insuficiente para mantener al microorganismo. Al incidir la luz sobre ella, la proteína modifica su estructura y transporta un protón a través de la membrana, aportando así energía para alimentar el metabolismo celular[2]. Esta aptitud sería la usada para lograr la respuesta positiva a la diagramación deseada.
	Fuente: Jaramillo Botero, A. Pontificia Universidad Javeriana (Colombia)

Gráfico 3 Siguiendo la brecha morfológica en el ADN.
	En otra línea, algunos investigadores se fundan en otras técnicas; así, el primer dispositivo nanomecánico basado en el ADN construido por Ned Seeman utiliza la transición de B-Z de la molécula de ADN[3]. La distancia entre los tintes fluorescentes (círculos) asociados a los finales libres en los cruzamientos dobles de la molécula aumentan con el cambio de la forma B de la conformación de la molécula de ADN, derechos (arriba), a la forma de Z, zurda (abajo), provocando un movimiento que sería el aprovechado para el dispositivo.
Fuente: The Scientist 43[36]:14, Aug16, 1999

Computación Molecular y Problemas Combinatorios

Por su parte, ya el 11 de noviembre de 1994 un artículo en Science[4] describía la "Computación Molecular da Soluciones a Problemas Combinatorios". Esta fue la primera vez que se implementó una computadora basada en ADN, y el título quiere decir que un problema que requiere buscar varias posibles soluciones (un problema combinatorio) fue resuelto con moléculas (ADN). Aún con su respectiva complejidad, las operaciones biológicas y matemáticas tienen algunas similitudes: La muy compleja estructura de un ser viviente es el resultado de aplicar operaciones simples a la información inicial codificada en una secuencia de ADN (genes). Todos los problemas matemáticos complejos se pueden reducir a operaciones simples como la suma y la resta[5]

Por las mismas razones por las que el ADN fue supuestamente seleccionado para los organismos vivientes como material genético, el ser estable y predecible en reacciones, las cadenas de ADN también pueden ser usadas para codificar información para sistemas matemáticos.

El Problema del Camino Hamiltoniano. La figura muestra un diagrama del problema del Camino Hamiltoniano. El objetivo es encontrar un camino que vaya del inicio (start) hasta el final (end) pasando por todos los demás puntos una sola vez. Este problema es difícil para computadoras convencionales (lógica serial) porque deben de intentar cada camino posible uno por uno. Es como tener una pila de llaves y tratar de ver cual es la que entra en una cerradura. Las computadoras convencionales son muy buenas para las matemáticas, pero malas para problemas de tipo "llave en la cerradura". Las computadoras basadas en ADN pueden tratar todas las llaves al mismo tiempo (masivamente paralelo) y por lo tanto son muy buenas para problemas de llave-en-la-cerradura, pero mucho más lentas para problemas matemáticos simples como la multiplicación. El problema del Camino Hamiltoniano fue escogido porque todos los problemas llave-en-la-cerradura pueden ser resueltos como problemas de Camino Hamiltoniano. Gráfico 4 Camino de Hamilton. El siguiente algoritmo resuelve el problema del Camino Hamiltoniano, sin importar el tipo de computadora usada: → Generar caminos aleatorios a través del grafo. → Quedarse solo con los caminos que empiezan en la ciudad inicio (A) y terminan en la ciudad fin (G). → Como el grafo tiene 7 ciudades, quedarse solo con los caminos que tengan 7 ciudades. → Quedarse solo con los caminos que entran a todas las ciudades por lo menos una vez. → Cualquier camino que quede es una solución. En síntesis, programar con ADN implica respetar algunos pasos: crear una secuencia de ADN única para cada ciudad (de A hasta G). Para cada camino, por ejemplo, de A a B, crear una pieza de ADN que concuerde con la última mitad de A y la primera mitad de B: Aquí el bloque rojo representa a la ciudad A, mientras que el bloque naranja representa a la ciudad B. El bloque mitad rojo mitad naranja que conecta a los otros dos bloques, representa el camino de A a B. En un tubo de ensayo, todas las diferentes piezas de ADN se conectarán unas con otras al azar, formando caminos a través del grafo. Por peso, las secuencias de ADN que tuvieran 7 "ciudades" de largo fueron separadas del resto. Una "sieve" fue usada la cual permite que pasen rápidamente pedazos pequeños de ADN, mientras que los segmentos más largos son frenados. El procedimiento usado en realidad permite aislar las piezas que son precisamente de 7 ciudades de largo. La clave para resolver el problema fue usar ADN para llevar a cabo los cinco pasos del algoritmo. Estos bloques interconectados, pueden ser usados para modelar el ADN. Para asegurar que las secuencias que quedan pasan por todas las ciudades, fueron usadas piezas "pegajosas" de ADN unidas a magnetos para separar el ADN. Los magnetos fueron usados para asegurar que el ADN deseado permanezca en el tubo de ensayo, mientras que el ADN no requerido es removido. Primero, los magnetos se quedaban con todo el ADN que pasa por la ciudad A en el tubo de ensayo, luego por B, luego C, y D, y así sucesivamente. Al final, el ADN que permanece en el tubo fue aquél que pasa por todas las ciudades. Todo lo que falta es secuenciar el ADN, revelando el camino de A a B a C a D a E a F a G. [6] Al ADN tiende naturalmente a formar largas hélices dobles: Las dos hélices son unidas por "bases", que serán representadas por bloques de colores. Cada base se une solamente a otra base específica. En el ejemplo, cada bloque de color únicamente se unirá con el mismo color. Por ejemplo, si solo se tuvieran bloques rojos, pudieran formar una cadena larga como esta.   Cualquier otro color no se unirá con el rojo.

 

Además de los beneficios directos de usar computadoras de ADN para desarrollar computaciones complejas, algunas de las operaciones que las computadoras de ADN ya poseen, y probablemente más serán usadas para investigación molecular y bioquímica[7]. Otras potenciales aplicaciones[8] son:

Cuadro 1 Usos potenciales de la Nanotecnología.
A. Potenciales aplicaciones médicas	Servir como un sistema autoinmune potenciado. Buscar y destruir virus, colesterol, excesos de grasa, células cancerígenas y marcadores genéticos. Eliminar la necesidad de cirugía. Borrar los procesos de envejecimiento Evitar el “sacrificio” de materia viva natural.
B. Potenciales aplicaciones militares.	Dispositivos inteligentes demasiado pequeños para ser descubiertos Armas biológicas/químicas computarizadas Blancos seleccionados sin posibilidad de error Escudos de defensa activos
C. Potenciales aplicaciones energéticas.	Se usa aproximadamente una diezmilésima parte de la energía solar que llega a la Tierra. Se usa combustibles fósiles porque es más conveniente Colectores solares (en órbita alrededor de la Tierra) reemplazarán a los combustibles fósiles. Distribución de energía a través de “canales” de energía.
D. Potenciales aplicaciones espaciales.	Máquinas moleculares y computadoras de tamaño subcelular. Bases de lanzamiento de gran altitud (baja gravedad).  Vehículos y estaciones espaciales livianas y superresistentes. Naves con velas propulsoras posibilitarán los viajes interestelares (probablemente no para individuos pero sí para generaciones).
E. Potenciales aplicaciones ambientales.	Dietas “normales” sin matar animales.   Todas las máquinas podrían ser “libres de contaminación ambiental”.   Materiales con estructura de diamante permitirán reemplazar a los actuales materiales. Nanomáquinas que obtengan su energía de la contaminación ambiental Reducir el uso de fuentes de energía tradicionales, finitas y polusivas.

Se considera que algunos factores ralentizan el desarrollo de la nanotecnología.

Ê En primer lugar, hay necesidad de dos tipos de actividad en redes de nanotecnología; las dos orientadas verticalmente hacia aplicaciones en sectores industriales definidos, y redes horizontales multidisciplinares para intercambiar información sobre los progresos y para organizar la formación y el adiestramiento.

Ê También hay necesidad de coordinación de las actividades de investigación nacionales. No siempre están identificados los temas clave para los programas de investigación multidisciplinar, y las conexiones entre las disciplinas pertinentes a veces son débiles.

Ê Finalmente, las pequeñas y medianas empresas (PYMEs) de alta tecnología derivadas de la investigación académica en nanotecnología no siempre encuentran la financiación que necesitan (por ejemplo, capital asociado de alto riesgo para desarrollar productos).

Cuadro 2 Programas nacionales en I&D en nanotecnología de la Unión Europea.

País	Programa o centro nacional en marcha	Organizador	Cronograma
Finlandia	Programa de investigación Nanotecnología	Academia de Finlandia y Centro de Desarrollo Tecnológico	1997-1999
Francia	Programa de investigación Ultimatech	CNRS (Centro Nacional de Investigación Científica)	en curso
Alemania	Sondersforschung-bereich Electroniche Molekular	DFG (Deutsche Forschungs Gemeinschaft)	en curso
Holanda	Instalaciones en Delft, Amsterdam, Twente, etc.	varios organismos de financiación	en curso
España	Centro Nacional de Microelectrónica Madrid	varios organismos de financiación	en curso
Suecia	Consorcio de Estructura Nanométrica	Univ Lund&Agencias de Financiación de Investigación	1990 - 2000

Fuente: Malsch, Ineke Departamento de Física. Universidad de Utrecht (Holanda). 1999.

 

 

Bibliografía complementaria:

NORMATIVA ARGENTINA 23.877 Promoción y fomento de la innovación tecnológica Sancionada: Setiembre 28 de 1990. Promulgada de Hecho: Octubre 26 de 1990. 24.425 Apruébase el Acuerdo sobre los aspectos de los derechos de propiedad intelectual relacionados con el comercio (TRIP’s) 24.766 Confidencialidad sobre información y productos que estén legítimamente bajo control de una persona y se divulgue indebidamente de manera contraria a los usos comerciales honestos Sancionada 18 de diciembre de 1996. Promulgada 20 de diciembre  de 1996. 25.467  Marco de ciencia, tecnología e innovación. Publicación en el Boletin Oficial: 26 de septiembre de 2001

ENSAYOS Y NOTAS DOCTRINARIAS Zamudio, Teodora Ciencia y Sociedad.

APUNTES Y ACTUALIDAD The engine of creation New Scientist Creación de una célula artificial. Informe de archivo De la biojoyería ...al biotrasplante. Por Gisela T. Perez

UNIDADES/CLASES REFERENTES O DE TEMAS ASOCIADOS 1era.  Condición inicial. No debe ser incluida en la categoría de viviente una entidad sin aptitudes propias -aún en su estado potencial- de metabolismo y reproducción, con desarrollo temporal y evolutivo. 2da.  Condición inicial. No hay trascendencia en la molécula de ácido desoxirribonucleico sino en el resultado de su interconectividad compleja

GUÍA DE TRABAJO Ciencia, Tecnología y Política

 

 

NOTAS:

[1] Si la pregunta es “¿cuál es la escala en nanotecnología?” quizás puedan dar una idea estas medidas: 1 nm=1/1000 mm ... 1 trillonésima en volumen. La doble hélice del ADN mide 2 nm de diámetro; las células de una bacteria: 1 mm en diámetro; existen naturales máquinas bio-moleculares, como los ribosomas, con diámetro de 25 nanómetros.

[2] Las aguas salobres de ciertos lagos presentan un matiz azulado, causado por bacterias que contienen bacteriorrodopsina. Son portadoras de un cromóforo que absorbe la luz. Cuando este segmento se excita por la luz, su estructura cambia. Puesto que responde a la luz adoptando estados diferentes y fácilmente detectables, puede servir para puertas lógicas o conmutadores, en ordenadores ópticos de base proteínica.

[3] Halim, Nadia S Research: DNA: From Living Cells to Electronic Hardware The Scientist 13[16]:14, Aug. 16, 1999

[4] Adleman, L. Molecular computation of solutions to combinatorial problems. Science 266:1021-1024. 1994.

[5] Kari, L. DNA computing: the arrival of biological mathematics. The mathematical intelligencer 19:9-22. 1997

[6] El procedimiento descrito tomó aproximadamente una semana en terminar. Aunque este problema particular pudiera ser resuelto en un pedazo de papel en menos de una hora, cuando el número de ciudades aumenta a 70, el problema se vuelve demasiado complejo incluso para una supercomputadora. Mientras que una computadora de ADN se tarda mucho más que una computadora normal para hacer cada cálculo individual, puede hacer una cantidad enorme de operaciones al mismo tiempo (masivamente paralelo). Las computadoras de ADN también necesitan menos energía y espacio que las computadoras normales. 1000 litros de agua pudieran contener ADN con más memoria que todas las computadoras actuales juntas, y una libra de ADN pudiera tener más poder de computación que todas las computadoras actuales juntas Kolata, Gina. A vat of DNA may become the computer of the future. En N.Y. Times News Service 1995

[7] La computación por ADN tiene muy poco tiempo pero los científicos aseguran que asombrosos desarrollos serán posibles antes de promediar el siglo iniciado. Las primeras computadoras como la ENIAC llenaban cuartos enteros, y tenían que ser programadas por tarjetas perforadas. Desde ese tiempo, las computadoras se han vuelto mucho más pequeñas y fáciles de usar. Las computadoras de ADN se volverán más comunes para resolver problemas muy complejos; Así como la clonación y secuenciación de ADN fueron una vez trabajos manuales, las computadoras de ADN también se automatizarán

[8] Un nanorobot creado por Nadrian Seeman y sus colegas de la Universidad de Nueva York tiene dos brazos de ADN unidos por una puente que forma la llamada estructura Z o zurda de la doble hélice. Los científicos han logrado manipular el proceso de transición que convierte esta estructura Z o zurda en otra denominada B o diestra, de tal forma que el nanorobot realiza un pequeño desplazamiento (entre 20 y 60 nanometros, la milmillonésima parte de un metro). Este movimiento se ha podido verificar mediante la utilización de unos tintes fluorescentes que muestran el cambio de posición en los brazos del diminuto nanorobot. Nature, febrero 1999.