Arquitecturas de comunicaciones para la computacióon algorítmica en poblaciones de bacterias multi-cepa

Abstract

Esta Tesis establece su desarrollo en el área interdisciplinar de la biología sintética y, más concretamente, la computación con bacterias. La unión entre la biología y las ciencias de la computación tiene su raíz a mediados del siglo XX, siendo la biología una importante fuente de inspiración para desarrollar diferentes paradigmas de cómputo en analogía directa a los seres vivos. Sin embargo, no ha sido hasta finales del mismo siglo y principios del XXI cuando el fujo de inspiración cambió de rumbo y se empezaron a construir dispositivos moleculares que actuaran como rudimentarios computadores desempeñando tareas de cálculo lógico definidas. La suma de otra disciplina, la ingeniería, ayuda a abordar el diseño de estos biosistemas como una tarea formalizada de conguración de componentes. Al observar y entender una bacteria como un sistema cuya maquinaria está formada por un conjunto de piezas funcionales diferentes, surge el objetivo de alterar los mecanismos naturales de las bacterias con el fin de construir sistemas vivos con funcionalidades no naturales. Los algoritmos aquí especificados están diseñados para llevarse a cabo en comunidades de bacterias formadas por más de una cepa, para lo cual la presente Tesis propone arquitecturas de comunicaciones diversas que ayuden a la sincronización necesaria entre bacterias distintas, basándose para ello en las capacidades y mecanismos de comunicación que las bacterias muestran en estado natural, como son la conjugación bacteriana y el quorum sensing. Esta Tesis propone la modificación y manipulación de estos mecanismos para conseguir computaciones con rudimentarios sistemas de toma de decisiones y que, en un futuro, puedan servir al desarrollo de aplicaciones en campos cientícos tan diversos como la medicina o la ecología. Entre los ejemplos de cóomputo a los que se someten las nuevas arquitecturas diseñadas caben destacar problemas complejos (TSP, SAT) y un oscilador poblacional en el que una comunidad heterogénea de bacterias muestra oscilación única. Es importante enfatizar que uno de los principales objetivos de la Tesis es la validación, tanto biológica (conocimiento experto) como computacional (simulación) de los modelos diseñados. Ya que la Tesis tiene carácter eminentemente teórico, se lleva a cabo un fuerte proceso de validación que asegure en un porcentaje muy alto el éxito de la -futura- experimentación en laboratorio con estos diseños.