Redes de comunicación médica inspiradas en bacterias

Innovación: Academia

Universidad de Maryland

2020

Imagen: qimono / pixabay / CC BY - Creative Commons Atribución únicamente

Transducir/Convertir señales

A veces, una señal, como un sonido o una vibración, llega a un sistema vivo y debe convertirse en una forma diferente y utilizable. Esto requiere la conversión de un tipo de forma de energía a otra. Por ejemplo, los organismos con ojos tienen fotorreceptores en la parte posterior de los ojos que convierten la luz en pulsos eléctricos. Estos pulsos viajan al cerebro y le permiten registrar el color, la forma y los detalles.

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Responder a las señales

Para interactuar con su entorno, un sistema vivo no solo debe sentir una variedad de señales, sino también responder a ellas. Para ser eficientes en energía y materiales, esas respuestas deben ser apropiadas para la señal. Por lo general, esto requiere umbrales de detección para desencadenar un nivel adecuado de respuesta (por ejemplo, esconderse debajo de un arbusto en lugar de huir para evitar a un depredador). Las estrategias de respuesta están vinculadas a una señal específica y, a menudo, tienen un umbral de respuesta, que determina qué tan fuerte debe ser una señal para garantizar el gasto de energía para responder. Un ejemplo es una planta que vive en regiones áridas de Sudáfrica. Sus cápsulas de semillas permanecen cerradas hasta que la lluvia hace que se abran para liberar las semillas. Pero la planta solo responde a una segunda lluvia, protegiéndose así contra la liberación de sus semillas antes de que haya suficiente agua para que crezcan.

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Sentir la enfermedad en un sistema vivo

Los sistemas vivos que pueden detectar enfermedades dentro de sí mismos, o dentro de otros sistemas vivos, pueden dirigir recursos para curar esas enfermedades o prevenir su propagación. Este tipo de detección de señales ambientales no es muy conocido, probablemente debido a la dificultad para estudiar la detección de enfermedades, incluida la dificultad para proporcionar pruebas científicas. Sin embargo, hay algunos ejemplos conocidos, como los chimpancés que detectan enfermedades en sí mismos y se automedican a través del consumo de plantas con beneficios medicinales.

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Detectar sustancias químicas (olor, sabor, etc.) del medio ambiente

Los productos químicos son importantes para la señalización y la comunicación entre los sistemas vivos, ya sea intencionalmente (como cuando dos sistemas vivos intentan encontrarse) o no intencionalmente (como cuando una planta emite una señal química que un herbívoro puede usar para encontrar un sabroso bocado). También son importantes para otros usos, como navegar o encontrar fuentes de minerales. Pero las señales químicas suelen ser relativamente débiles y se dispersan cuando se mueven a través del agua o los gases. Por lo tanto, detectarlos requiere habilidades especializadas, incluida una forma de determinar de dónde provienen. Un ejemplo bien conocido de detección de sustancias químicas se puede ver en las hormigas que siguen un rastro de feromonas establecido por otros en su colonia para localizar una fuente de alimento abundante y de calidad.

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Enviar señales eléctricas/magnéticas

Algunos sistemas vivos envían señales eléctricas o magnéticas, a menudo como una forma de comunicarse con otros sistemas vivos o de detectar su entorno. La señalización eléctrica y magnética requiere órganos especializados y, por lo tanto, parece ser menos común que otros tipos de señales, como las audibles y visuales. Los peces eléctricos producen señales eléctricas muy sofisticadas que no solo les ayudan a encontrar pareja, sino que también son lo suficientemente sensibles como para permitirles distinguir peces individuales.

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Las redes de comunicación de base biológica de la Universidad de Maryland utilizan bacterias para transmitir señales eléctricas sobre procesos biológicos.

Beneficios

Mejora de la salud del paciente
Biocompatibl a

Aplicaciones

Tratamiento médico.
Enfermedad crónica
La cirugía

Objetivos de desarrollo sostenible de la ONU abordados

Meta 3: Buena Salud y Bienestar

Bioutilización

Las bacterias

El Desafío

Cuando ocurre una emergencia médica, los primeros en responder pueden llegar a la escena rápidamente. Pero a veces los procesos biológicos han fallado o han fallado mucho antes de que llegue el socorrista. Se podrían prevenir muchas muertes si se alertara al individuo o al médico de la afección tan pronto como ocurra.

Detalles de la innovación

La red de comunicación está compuesta por células diseñadas que reciben información del tejido vivo dentro del cuerpo y transmiten esa información a los médicos. El dispositivo utiliza mediadores redox, que son pequeñas moléculas que realizan actividades celulares al aceptar o ceder electrones. Debido a que también pueden intercambiar electrones con electrodos y producir una corriente, los mediadores redox también pueden comunicarse con dispositivos electrónicos. Por ejemplo, este dispositivo podría ingerirse en el cuerpo a través de una píldora, donde podría detectar una infección tan pronto como ocurra y notificar a los médicos de inmediato.

Modelo biologico

Las bacterias utilizan sustancias químicas para comunicarse entre sí y compartir información, por ejemplo, sobre el número y el tamaño de las colonias. Las bacterias se transmiten estos mensajes entre sí mediante la liberación de diferentes sustancias químicas. También tienen sensores en el exterior de sus células que les permiten captar estas señales químicas de otras bacterias.

Ver estrategia relacionada

3d image of purple and blue bacteria against dark blue background

Estrategia biológica

Las bacterias usan señales químicas para comunicarse

Las bacterias

Las bacterias se detectan entre sí utilizando productos químicos para determinar la densidad local.

Referencias

Artículos

Película de memoria molecular basada en catecol para bioelectrónica ligada a redox

Materiales electrónicos avanzados

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