Procesado de información en circuitos genéticos sintéticos

Abstract

En este estudio, se analiza cómo las bacterias detectan estímulos en su entorno utilizando receptores moleculares y rutas de transducción. Aunque los receptores bacterianos son altamente específicos y sensibles a sus ligandos, investigaciones recientes demuestran que la cantidad de información que pueden recopilar está limitada a unos pocos bits. Existen varias hipótesis que podrían explicar esta limitación: la primera propone que la tasa de recambio del receptor restringe el rango de concentraciones detectables. La segunda sugiere que el ruido molecular, causado por el bajo número de moléculas transductoras de la señal, degrada la información rápidamente. Por último, la información podría estar limitada al nivel de la propia expresión génica. En este trabajo, se han evaluado experimentalmente estas hipótesis utilizando el sistema TetR, que es sensible al antibiótico tetraciclina y tiene una capacidad de 2 bits de información. Los resultados muestran que el rendimiento de los sistemas de un componente no está limitado por la capacidad de detección o por la fidelidad en la transducción de la señal, sino por las fluctuaciones a nivel de la expresión génica. Estos hallazgos abren la posibilidad de desarrollar sistemas sintéticos con mayor capacidad de detección y computación que los presentes en los microorganismos naturales.

This study explores how bacteria detect stimuli in their environment using molecular receptors and transduction pathways. Despite the high specificity and sensitivity of bacterial receptors, recent research showed that these are limited to a few bits of information. There are several hypotheses that could explain this limitation: the first suggests that the receptor turnover rate restricts the range of detectable concentrations. The second proposes that molecular noise, caused by low number of signal-transducing molecules, rapidly degrades the information. Finally, the information might be constrained at the level of gene expression. These hypotheses were evaluated using the TetR system, which is sensitive to the antibiotic tetracycline and yields up to 2 bits of information. Our results indicate that the performance of one-component systems is not limited at the level of signal detection or transduction, but rather, by pervasive noise in gene expression. These findings suggest the possibility of developing synthetic systems with greater detection and computation capabilities than those naturally found in microorganisms.