¿Un enfoque de “búsqueda abierta” puede impulsar la innovación en la biotecnología?

Milthon Lujan Monja

Descripción general de algunos algoritmos importantes que pueden lograr una mejora continua presentados como implementaciones de laboratorio hipotéticas. Source: Stock et al., (2024); SCIENCE ADVANCES.
Descripción general de algunos algoritmos importantes que pueden lograr una mejora continua presentados como implementaciones de laboratorio hipotéticas. Fuente: Stock et al., (2024); SCIENCE ADVANCES.

Imagine un mundo donde la creatividad ilimitada de la naturaleza no sólo sea admirada, sino aprovechada activamente. Pero ¿cómo podemos replicar la magia de la naturaleza en el mundo real de la biotecnología? La respuesta está en repensar nuestro enfoque del diseño biológico.

Tradicionalmente, nos hemos centrado en optimizar los sistemas existentes para propósitos específicos. Sin embargo, esto a menudo conduce al estancamiento y a la pérdida de oportunidades.

La naturaleza, por otro lado, se nutre de la innovación desenfrenada. Las “infinitas formas más bellas” de Darwin no fueron planificadas meticulosamente; surgieron de una interacción constante de variación y selección. De manera similar, los avances tecnológicos y las tendencias culturales a menudo desafían la predicción, impulsados por la chispa impredecible de la imaginación humana.

En lugar de fijarnos en un “mejor” diseño singular, ¿qué pasaría si adoptáramos la apertura y la novedad como principios rectores? Ésta es la propuesta audaz de una nueva ola de biólogos, que proponen priorizar la exploración creativa junto con la optimización funcional.

Un estudio, publicado por investigadores de las Universidades de Bristol y Gante, han demostrado cómo explorar lo desconocido puede ser el paso crucial necesario para realizar la innovación continua necesaria para las biotecnologías del futuro.

Apertura y novedad como herramientas

Al reconocer el papel de la apertura en el logro de este objetivo y su creciente importancia en campos como la informática y la biología evolutiva, el equipo trazó cómo la apertura está vinculada a la práctica actual de la bioingeniería y qué se necesitaría para lograrla en el laboratorio.

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Para tener éxito, los algoritmos utilizados para el diseño biológico no deben centrarse únicamente en avanzar hacia un objetivo específico (como un mejor rendimiento), sino también considerar la creación y el mantenimiento de la novedad y la diversidad en las soluciones que se han encontrado.

El Dr. Thomas Gorochowski, coautor e investigador de la Royal Society University en la Facultad de Ciencias Biológicas de Bristol, explicó: “Cuando intentamos diseñar un proceso biológico complejo, a menudo resulta tentador modificar algo que funciona parcialmente en lugar de correr el riesgo”. de probar algo completamente nuevo.

“En este trabajo resaltamos que en estas situaciones las mejores soluciones muchas veces vienen de direcciones inesperadas, porque no siempre entendemos completamente cómo funciona todo. En biología, hay muchas incógnitas y, por lo tanto, necesitamos un conjunto de herramientas amplio y diverso de componentes básicos para garantizar que tengamos la mejor oportunidad de encontrar la solución que necesitamos”.

¿Qué es la búsqueda abierta?

Los autores del estudio citan que la “búsqueda abierta”, o apertura, se relaciona con la capacidad de un sistema para mejorar infinitamente, producir novedades o aumentar su complejidad con el tiempo.

Asimismo indican que los procesos abiertos también se caracterizan a veces por no tener un objetivo o meta claramente definidos.

Sistemas biológicos y su capacidad de innovación

El profesor Michiel Stock, autor principal de la Universidad de Gante, añadió: “Los sistemas biológicos tienen una capacidad natural de innovación que ha dado lugar a la abrumadora biodiversidad que vemos hoy en la naturaleza.

“Nuestros propios intentos de diseñar la biología, por el contrario, carecen de esta creatividad: son mucho más rígidos, menos imaginativos y, a menudo, no aprovechan al máximo lo que la biología es capaz de hacer.

“Dado que toda la vida que nos rodea se origina a partir del proceso abierto de evolución, ¿no sería fantástico si pudiéramos aprovechar algo de ese poder para nuestros propios diseños biológicos?”

Recomendaciones para la industria biotecnológica

A partir de la publicación científica, podemos establecer algunas recomendaciones para la industria biotecnológica que impulsen un cambio de mentalidad:

  1. Celebra la novedad: En lugar de obsesionarnos con el máximo rendimiento, recompensemos y exploremos resultados inesperados. Esto podría implicar el uso de técnicas como la evolución dirigida, pero con un enfoque en generar posibilidades diversas y sorprendentes, no solo en optimizar para una función específica.
  2. Aprende de la naturaleza: Los sistemas biológicos son complejos y adaptables, y evolucionan constantemente en respuesta a su entorno. Podemos aprender de este dinamismo inherente diseñando sistemas que puedan ajustarse y aprender con el tiempo, fomentando un ciclo continuo de innovación.
  3. Adopta la apertura: Rompe los límites rígidos de los procesos de diseño tradicionales. Fomentar la colaboración entre diversas disciplinas, fomentar plataformas de código abierto para compartir ideas y crear entornos que fomenten la curiosidad y la experimentación.
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Al adoptar estas recomendaciones, podemos desbloquear el verdadero potencial de la biotecnología. Imagine microbios de biorremediación que no sólo limpien la contaminación sino que evolucionen para abordar nuevos desafíos ambientales. O imagina una medicina personalizada impulsada por células vivas que se adaptan a las necesidades individuales y responden a comentarios en tiempo real. Estos son sólo un vistazo de las posibilidades que tenemos por delante cuando adoptemos la innovación abierta en biología sintética.

Conclusión

La capacidad de crear nuevas biotecnologías es cada vez más importante para abordar desafíos globales que abarcan desde la producción sostenible de productos químicos, materiales y alimentos hasta terapias avanzadas para combatir enfermedades emergentes. Este progreso se ve impulsado por innovaciones en cómo aprovechar la biología de nuevas maneras. Este trabajo respalda este objetivo al ofrecer una nueva dirección para nuevos enfoques de investigación y diseño.

El cambio hacia un diseño abierto no está exento de desafíos. Medir y valorar la novedad puede ser complicado, y sortear los riesgos potenciales de consecuencias no deseadas requiere una consideración cuidadosa. Además, necesitamos superar desafíos como consideraciones éticas, preocupaciones de seguridad y la necesidad de herramientas de diseño sólidas.

El estudio fue posible gracias a una beca de viaje de FWO Flanders y a la financiación de la Royal Society, BBSRC y EPSRC.

Referencia (acceso abierto)
Michiel Stock, Thomas E. Gorochowski, Open-endedness in synthetic biology: A route to continual innovation for biological design.Sci. dv.10,eadi3621(2024).DOI:10.1126/sciadv.adi3621