“Ver que la biología sintética y sobre todo este entendimiento de la biocomputación que tenemos en el laboratorio recibe un premio es muy satisfactorio”

Sus investigaciones son relevantes en  biología sintética y bioingeniería. Nos puede explicar en qué consisten sus líneas de investigación.

En nuestro laboratorio modificamos sistemas biológicos, bacterias, específicamente para que realicen funciones que naturalmente no tienen. Es decir, las equipamos con funcionalidades nuevas. Es un proceso que conceptualmente es similar a la programación de un ordenador convencional. Quieres que tenga una funcionalidad que no tenía antes. Y esa programación biológica es lo que hacemos. Obviamente, no con un lenguaje de programación, sino editando el genoma de las bacterias. Por todas partes hay bacterias realizando unas tareas esenciales de mantener el balance de cualquier ecosistema u organismo. Por lo tanto, cuando hay un problema en nuestro cuerpo, hay una enfermedad, o en un ecosistema hay una enfermedad, la habilidad de programar funciones nuevas en las bacterias que ya están ahí para que devuelvan el equilibrio a un sistema enfermo o dañado es el objetivo de nuestras investigaciones, el poder tener esos lenguajes de programación biológicos que nos permitan editar bacterias a la carta para tener esas funcionalidades que permitan atacar distintos problemas que tenga un ecosistema en nuestro caso, porque nos enfocamos en objetivos medioambientales.     

¿Cómo se usa la matemática y la física para desentrañar el funcionamiento de mecanismos biológicos?     

Esta programación biológica de la que estoy hablando se consigue mezclando muchísimas disciplinas. Realizamos una investigación que está en la interfaz de la física, en las ciencias de la computación, la biología, etc. En concreto la matemática y la física juegan un papel clave en un proceso de diseño antes de ir al laboratorio experimental. Nosotros queremos que una bacteria en un lugar concreto tenga una funcionalidad concreta, y eso primero lo tenemos que diseñar como si fuera otra rama de la ingeniería, una ingeniería mecánica, eléctrica o una arquitectura, por ejemplo. Primero diseñas algo antes de ir a construirlo y en ese proceso de diseño tenemos que modelar matemáticamente cómo iría a funcionar ese nuevo organismo sintético que vamos a modificar y lo modelamos matemáticamente. Utilizamos simulaciones por ordenador hasta que tenemos los parámetros esenciales y claves que pueden informar al laboratorio experimental cómo construirlo. En esa parte de diseño de requisitos es donde la matemática y la física juegan un papel más fundamental. Luego ya pasamos al laboratorio experimental y se construye lo que previamente hemos diseñado. Y ahí es donde la bioquímica, la biología molecular, la microbiología toman el protagonismo.     

Y un paso más, ¿cómo emplear las ciencias de la computación y la ingeniería para diseñar dispositivos biológicos que realicen tareas de cómputo; y la biología molecular y microbiología para implementarlos y aplicarlos?     

Las ciencias de la computación son el gran pilar en el que nuestra investigación tiene los dos pies asentados. Una bacteria como cualquier otro sistema biológico, o como tú o como yo, es sensible al entorno que nos rodea. Recibimos señales fisicoquímicas de distinto tipo de señalización en nuestro entorno y la bacteria siente ese entorno y con esas señales hace algo. ¿En base a qué? En base a cuál sea su arquitectura cromosómica o sus redes genéticas, sus redes metabólicas;  no es lo mismo una especie que otra y un organismo que otro. Todas esas entradas las procesará—en base a las redes genéticas que tenga—utilizando reglas para dar lugar a ciertas salidas, por ejemplo alimentarse de un compuesto y de otro no, o crecer o no crecer u otro tipo de salida distinta. Entonces este esquema, esta arquitectura de entradas, proceso de entrada y salida, es perfectamente análogo al proceso de computación. Nosotros tenemos una gran inspiración en las ciencias de la computación a nivel teórico, porque establecen de manera muy clara qué tipos distintos de entradas se pueden procesar.  Y al final nosotros bebemos un poco de todo ese marco conceptual y todo el conocimiento que hay ahí para ir a las bacterias y diseñar bien. Quiero una bacteria que sea sensible a este tipo de entrada que antes no lo era, y con ella lo que quiero que haga es algo nuevo que no tiene en su set de instrucciones. Y edito esas reglas, esos algoritmos, ese proceso de información poniendo redes genéticas nuevas para que cojan esa entrada y devuelvan un compuesto de interés, por ejemplo, que antes no producía y ahora quiero que sí lo produzca. Entonces, las ciencias de la computación tienen un papel fundamental dentro de toda nuestra actividad en nuestra investigación en biocomputación y por eso nos llamamos  laboratorio de biocomputación.     

¿Qué aportan sus investigaciones  a los retos que tiene planteados la sociedad?     

Quizá me he adelantado antes a esta pregunta, pero como decía, las bacterias están en todas partes, por suerte, y eso no es malo. Eso está bien, porque mantienen el equilibrio de nuestro cuerpo, de los ecosistemas en la naturaleza, etc. Y cuando hay un problema, tenemos la oportunidad, y ahí es donde apuntan mis investigaciones, de diseñar qué bacteria queremos o rediseñar las redes de regulación y metabólicas de una bacteria que ya está ahí para que solucione ese problema específico y devuelva el equilibrio. Como decía, tenemos la oportunidad, con esta tecnología que estamos desarrollando, de programar estas bacterias que ya están ahí, ya están en nuestro cuerpo, ya están en un ecosistema, para que solucionen un problema y devuelvan el equilibrio. Este tipo de tecnología y esta programación biológica que nosotros desarrollamos para que cada vez sea más robusta, hasta que sea incluso rutinaria y permita atajar todo este tipo de aplicaciones y de problemas desde otro punto de vista mucho más eficaz de lo que convencionalmente se hace.     

¿Cree que la sociedad en general conoce el trabajo que está realizando en su laboratorio y en qué aspectos ha contribuido a mejorar su vida cotidiana?      

No creo que se conozca mucho, por lo menos hasta el punto en el que me gustaría. Por lo tanto, habrá que hacer más tareas de divulgación. En todos cae esa responsabilidad. Pero no creo que se tengan claro los beneficios que la biología sintética está dando ya. Hay multitud de aplicaciones en la producción de compuestos que son muy difíciles de conseguir de otra manera para empresas de biomedicina y bioquímica. Incluso hay aplicaciones, aunque sean incipientes, de bacterias que capturan el CO2 ambiental; la biología sintética tiene muchísimas ramas y muchísimas aplicaciones, no sólo posibles, sino aplicaciones que ya están ahí. Y no creo que haya mucho conocimiento de lo que la biología sintética puede hacer y está haciendo ya. Ahí la divulgación juega un papel clave y fundamental. Y el periodismo científico también, etc., que lo hay, tanto divulgación como periodismo científico y de muy buena calidad, pero supongo que debería haber más e incluso implicación por parte de los investigadores.     
    
¿Qué retos se plantea en el futuro?  Ha sido ganador recientemente de una ERC Consolidator Grant (2022).     

El principal reto que me planteo es medioambiental. Hay ecosistemas que están colapsando por el cambio climático causado por la actividad humana. Cada vez más ecosistemas colapsan de distintas formas. Y uno de mis retos es poder programar las bacterias que ya están ahí, en esos ecosistemas, para que devuelvan el equilibrio a ese ecosistema roto, a ese ecosistema dañado.

Por eso, para esto no solo trabajamos con bacterias, también estamos empezando a incorporar plantas para intentar reproducir ecosistemas, aunque de manera todavía simplificada, en un laboratorio, e inducir ese colapso en el ecosistema para ver cómo nuestras bacterias programadas son capaces de revertir ese estado de colapso del ecosistema. El reto teórico es avanzar, hacer que las ciencias de la computación avancen por un camino que hasta ahora nadie había visto. Y mi reto teórico también es inferir qué tipo de computación distinta a la computación clásica podría existir y podemos formalizar y poder desde ahí hacer avanzar esas ciencias de la computación por un sitio donde no se había previsto anteriormente.     

¿Cómo avanza Madrid cuando la ciencia avanza en Madrid?     

Una pregunta difícil. Es verdad que yo tengo una visión de la ciencia muy internacional. Supongo que debido a que he estado yendo y viniendo de Inglaterra a España, en total he pasado siete años allí realizando mi investigación y la mayor parte de mi vida académica, sobre todo como investigador principal, ha sido en Inglaterra y no aquí. Pero he conseguido financiación en Inglaterra, he conseguido financiación aquí, he conseguido financiación europea. Tengo una visión del avance científico internacional. Es muy difícil restringirlo a lo local. Supongo que pensando en lo local o en lo regional, una sociedad se merecería un sistema de ciencia fuerte, no sólo por las aplicaciones a las que puede llevar, sino por el tipo de conocimiento que genera y el tipo de actividad crítica que genera.     

Premio Margarita Salas  2022 ¿Qué supone para ti y tu trabajo este reconocimiento?     

Pues a este premio me nominan y luego esa nominación la evalúan y todos son colegas, por lo cual es un premio que me otorgan colegas de profesión. Por lo tanto, es una alegría enorme poder recibirlo. Ya sé que esto es un premio individual, es un premio a mí, pero me gustaría entenderlo no solo como algo individual sino como algo colectivo. A todas las personas que me han ido arropando en mi carrera académica hasta aquí, desde compañeros y compañeras de laboratorio en etapas anteriores o los miembros de mi laboratorio actualmente, mentores, etc. Y también me gustaría entenderlo como un premio hacia mi línea de investigación y mi campo de investigación. Ver que la biología sintética y sobre todo este entendimiento de la biocomputación que tenemos en el laboratorio recibe un premio es muy satisfactorio, porque de verdad pienso que esta rama del conocimiento o esta tecnología pueden llegar a sitios muy altos y me alegra mucho ver que institucionalmente también se le premia como una tecnología importante.