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lunes, 29 de noviembre de 2021

Replicación cinemática: más cerca del origen de la vida

 

Todos los sistemas vivos se perpetúan a sí mismos mediante el crecimiento en o sobre el cuerpo, seguido de la división, el brote o el nacimiento. Descubrimos que conjuntos multicelulares sintéticos también pueden replicarse cinemáticamente moviendo y comprimiendo las células disociadas en su entorno y formando autocopias funcionales. Esta forma de perpetuación, hasta ahora inédita en cualquier organismo, surge espontáneamente a lo largo de días en lugar de evolucionar durante milenios. También mostramos cómo los métodos de inteligencia artificial pueden diseñar conjuntos que posponen la pérdida de la capacidad replicativa y realizan un trabajo útil como efecto secundario de la replicación. Esto sugiere que se pueden alcanzar rápidamente otros fenotipos únicos y útiles a partir de organismos de tipo salvaje sin necesidad de selección o ingeniería genética, ampliando así nuestra comprensión de las condiciones en las que surge la replicación, la plasticidad fenotípica y cómo se pueden realizar máquinas replicantes útiles…

Trabajos recientes han demostrado que células individuales de la piel y del músculo cardíaco no modificadas genéticamente, cuando se extraen de sus microambientes embrionarios nativos y se vuelven a ensamblar, pueden organizarse en formas y comportamientos estables que no presenta el organismo del que se extrajeron las células, en ningún momento de su ciclo vital natural. Aquí mostramos que si las células se liberan de forma similar, se combinan y se colocan entre más células disociadas que sirven de materia prima, pueden mostrar una autorreplicación cinemática, un comportamiento que no sólo está ausente en el organismo donante, sino en cualquier otra planta o animal conocido

(los dos fenómenos anteriores ponen de manifiesto)… la plasticidad del desarrollo en el diseño biológico. Aunque la autorreplicación cinemática no se ha observado en las formas de vida celulares actuales, puede haber sido esencial en el origen de la vida. La hipótesis del mundo amiloide, por ejemplo, postula que los péptidos autoensamblados fueron la primera entidad molecular capaz de autorreplicarse y, por tanto, representarían la etapa más temprana de la evolución de la vida, anterior incluso al mundo del ARN. A diferencia de los ARN autorreplicantes, que se moldean a sí mismos durante los eventos replicativos, los monómeros amiloides pueden formar semillas que producen una variedad de polimorfos amiloides, dando lugar a "descendientes" más grandes o más pequeños, dependiendo de la disponibilidad del péptido, la cinemática y las condiciones termodinámicas. Esta variación es similar a la de los priones modernos, donde las proteínas mal plegadas que se autopropagan son capaces de formar agregados de múltiples tamaños y polimorfismos. Aunque los organismos reconfigurables no son un modelo para la investigación del origen de la vida, que se esfuerza por describir la primera unidad de información capaz de autorreplicarse, pueden arrojar luz sobre sus condiciones iniciales necesarias y suficientes…

La autorreplicación cinemática puede proporcionar un medio para desarrollar una pequeña cantidad de biotecnología que crezca rápidamente en utilidad, pero que esté diseñada para ser controlada al máximo a través de replicadores diseñados mediante inteligencia artificial. Incluso si los comportamientos exhibidos por los organismos reconfigurables son actualmente rudimentarios… los métodos de diseño de inteligencia artificial han demostrado ser capaces de explotar esta flexibilidad para exagerar estos comportamientos y, en el futuro, posiblemente guiarlos hacia formas más útiles.

Sam Kriegman, Douglas Blackiston, Michael Levin and Josh Bongard, Kinematic self-replication in reconfigurable organisms, 2021

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