N.82 – Diseño Biotecnológíco: Cambridge University Press

1.- Research Directions

“Research Directions” es una nueva colección de revistas, de acceso abierto y guiadas por cuestiones y preguntas, que se han liberado de las limitaciones del modelo tradicional de publicación para reflejar más fielmente el proceso de investigación. Se trata de un nuevo concepto editorial de la Cambridge University Press, con el propósito de reunir a investigadores de diferentes campos en torno a cuestiones fundamentales que atraviesan las disciplinas tradicionales. Se prevé que este enfoque acelerará el descubrimiento mediante la colaboración y el intercambio de conocimientos entre distintas comunidades disciplinarias.

Research Directions proporciona un foro dinámico para que los investigadores colaboren, debatan y aceleren la investigación abierta de alta calidad de una manera accesible y transparente. Los journals de las series operan bajo revisión abierta por pares, con total transparencia, para acelerar el descubrimiento. Se caracteriza por una desafiante variedad de preguntas acerca de las cuestiones encaradas, con base en los siguientes componentes: (a) resultados, (b) análisis, y (c) impacto.

En septiembre 2022 se lanzaron las siguientes series: (a) Biotechnology Design, (b) One Health, (c) Quantum Technologies. En enero 2023 se lanzaron las series: (d) Bioelectronics, y (e) Cyber-physical Systems. La presente reseña focaliza exclusivamente en la serie (a) Biotechnology Design (Diseño Biotecnológico).

Se recomienda a los interesados en contribuir consultar las Instrucciones para Autores. No se cobrarán tarifas de publicación para los aportes que ingresen antes del 1° de octubre de 2023. Las preguntas se cerrarán cuando los editores acuerden que se ha publicado suficiente contenido para responder a las mismas. Por tanto, antes de enviar un aporte, es pertinente verificar si la respectiva pregunta permanece activa. Si estuviera cerrada, es posible que el aporte sea relevante para otra pregunta que se halle abierta.

2.- Serie Diseño Biotecnológico

En esta reseña focalizamos exclusivamente en la serie Biotechnology Design (Diseño Biotecnológico) ISSN: 2752-9452 (Online), cuyo Editor en Jefe es el Prof. Martyn Dade-Robertson de la Universidad de Newcastle, Reino Unido.

El Diseño Biotecnológico es un campo de investigación interdisciplinario, modular e iterativo impulsado por preguntas. Dado que los investigadores desean explorar modelos especulativos con herramientas y colaboraciones de diversos campos, es necesario un foro donde biólogos, ingenieros, expertos en inteligencia artificial y diseñadores puedan reunirse y experimentar para encontrar las soluciones requeridas para afrontar la complejidad característica del siglo XXI.

Las cuestiones comprendidas en la serie Diseño Biotecnológico son las siguientes: (1) Biotecnologías vernáculas, (2) Atributos estéticos y sensoriales en el diseño biotecnológico, (3) ¿Cómo diseñar metabolismos productivos robustos y reconsiderar al biorreactor?, (4) La enseñanza de Biotecnología: ¿Requiere nuevas metodologías educativas?, (5) ¿Pueden cultivarse bioconstrucciones? ¿Es deseable hacerlo? A continuación se presentan dichas cuestiones y las respectivas preguntas.

2.1.- Biotecnologías vernáculas (1)

En el contexto actual la biotecnología exhibe particular relevancia para las ciencias biológicas, biomédicas, agrícolas, industriales y ambientales. Sin embargo, las sociedades vienen utilizando su comprensión de los organismos y sistemas biológicos, para satisfacer sus necesidades, desde mucho antes de que Occidente diera forma a la comprensión de los mecanismos moleculares. Esta cuestión invita a una amplia gama de contribuciones de investigación en las que se identifique, evalúe y especule sobre ¿Qué se está perdiendo en la definición dominante (occidental) de diseño biotecnológico? Se convoca a la presentación de contribuciones sobre “biotecnologías vernáculas” que desafíen el paradigma del diseño biotecnológico como disciplina moderna practicada en laboratorio. Las biotecnologías vernáculas pueden ser objetos comunes diseñados para interactuar con un componente vivo de la vida cotidiana o el medio ambiente, y pueden incluir trabajo moldeado por el conocimiento ecológico tradicional (traditional ecological knowledge (TEK)), y/o realizado por personas que no se identifican como ingenieros, y/o tener lugar en ámbitos que no sean de laboratorio, como la cocina o el campo. También se invita a las críticas de las prácticas biotecnológicas como la biominería o la biología sintética, y sus aplicaciones.

Contribuciones: Se convoca a presentar contribuciones en las siguientes áreas:

(a) Resultados: (i) Uso de enfoques de TEK para la producción de conocimiento, desarrollo de productos/materiales/procesos y administración del ecosistema, (ii) Uso de enfoques híbridos de TEK/ciencia occidental (visión bifocal) para la producción de conocimiento, desarrollo de productos/materiales/procesos y administración del ecosistema, (iii) Métodos de evaluación y resultados para comprender el impacto de las biotecnologías vernáculas, o incorporación de enfoques vernáculos en la evaluación de nuevas biotecnologías, (iv) Ejemplos de implementaciones in situ de biotecnologías vernáculas, o estudios de caso, incluidas las evaluaciones de desempeño, tanto cualitativas como cuantitativas, (v) Métodos y resultados de evaluación para comprender la sostenibilidad y la huella ecológica de las tecnologías emergentes.

(b) Análisis: (i) Revisión de biotecnologías vernáculas, marcos de producción de conocimiento y estudios de casos, (ii) Propuestas de marcos de diseño que implementen enfoques biotecnológicos vernáculos o TEK; por ejemplo: diseño de procesos de cosecha y fabricación, infraestructuras sociales o culturales, contextos rituales, (iii) Exploración del horizonte o artículos de “llamado a la acción” que evalúen biotecnologías vernáculas relevantes o aplicaciones TEK que evalúen la relación entre la academia y la industria en la generación de conocimiento y su difusión

(c) Impacto: (i) Revisión de estudios longitudinales/de impacto de prácticas biotecnológicas vernáculas, (ii) Evaluación crítica de proyectos existentes y su posible eficacia, evaluada contra materiales y métodos de investigación y diseño existentes, (iii) Discusiones sobre los barreras legislativas, económicas, culturales e industriales para la práctica del diseño biotecnológico inclusivo.

2.2.- Atributos estéticos y sensoriales en el diseño biotecnológico (2)

La forma y la función de los objetos hechos por el hombre se han inspirado, en gran parte, en el mundo natural. Los sistemas vivos pueden servir como punto de partida para la biomimética o como parte de la experiencia de diseño biofílico. A medida que integramos la biología en el diseño de productos e infraestructura, es posible que necesitemos cambiar nuestro pensamiento convencional sobre la estética. Rara vez se practica en biotecnología la evaluación de propiedades subjetivas como la apariencia, aun cuando la búsqueda de simetría, elegancia o estructura organizativa es un aspecto impulsor de algunas líneas de investigación biológica. El biodiseño ofrece un espectro de distintas posibilidades, ya sea para crear biomateriales que tengan propiedades sensoriales idénticas a los materiales inorgánicos existentes o introducir nuevas propiedades visuales o táctiles relacionadas con su origen. El proceso de apreciación estética también implica una evaluación crítica y puede incluir otras influencias: por ejemplo, juicios éticos. A medida que las biotecnologías se integran cada vez más en nuestra vida cotidiana, las cuestiones estéticas para las aplicaciones previstas pueden impulsar la investigación y nuestro juicio sobre esta materialidad emergente. Esta cuestión requiere, por lo tanto, investigación de una amplia gama de campos de la ciencia, las artes y las ciencias sociales para revelar lo que falta en nuestro discurso y comenzar a proporcionar ejemplos de cómo esto puede ser un aspecto importante de la práctica del diseño biotecnológico.

Contribuciones

Este es un tema amplio y se esperan contribuciones que desafíen y empujen los límites de la cuestión. Sin embargo, como pauta general, se convoca a presentar contribuciones en las siguientes áreas:

(a) Resultados: (i) Métodos que implícita o explícitamente utilizan la estética en la evaluación de los resultados científicos (por ejemplo, criterios de elegancia y belleza), o sesgos cognitivos en la interpretación de resultados biológicos para, por ejemplo, patrones específicos, (ii) Evaluación de restricciones estructurales específicas de la función y su resolución en el diseño biotecnológico impulsado por la estética, (iii) Resultados experimentales sobre la base biológica de la estética que pueden aplicarse en el diseño de sistemas biológicos centrados en el ser humano (por ejemplo, el uso de colores o patrones), (iv) Estudios que informen sobre la percepción estética de las biotecnologías, tales como cuestiones de aceptabilidad o juicios estéticos sobre lo que es aceptable en la investigación biotecnológica, (v) Resultados visuales, que pueden incluir artículos basados ​​en registros de resultados de experimentos visuales.

(b) Análisis: (i) Reseñas de materiales, tecnologías y estudios de casos clave, (ii) Reseñas sobre la evolución y la base biológica de la estética y su potencial implementación en el diseño biotecnológico, (iii) Análisis crítico de los aspectos bioestéticos de diseño sostenible, (iv) artículos con perspectiva interdisciplinaria sobre la nueva estética creada por materiales vivos o cultivados.

(b) Impacto: (i) Reseñas de patentes y aplicaciones industriales de interés en esta área, (ii) Reseñas e informes de exhibiciones y trabajos de diseño, incluida la observación de ”estilos” de diseño biotecnológico o enfoques culturales o científicos cambiantes, (iii) Revisiones del mecanismo del juicio estético y sus aplicaciones potenciales, (iv) Artículos de opinión sobre el proceso de hibridación del conocimiento científico de los sistemas biológicos y la práctica del diseño impulsado por la estética

2.3.- ¿Cómo diseñar metabolismos productivos robustos y reconsiderar al biorreactor? (3)

Las plataformas de manufactura biológica abren interesantes oportunidades para generar nuevos materiales, reemplazar procesos extractivos y prestar servicios ecosistémicos mediante el despliegue de vías metabólicas, tanto en la naturaleza como en la ingeniería. En conjunto, las tecnologías de biorreactores para apoyar la biocatálisis o la bioconversión permiten flexibilidad en el despliegue productivo. La intersección de parámetros físicos, químicos y biológicos dentro de un nuevo diseño de biorreactor influirá en el rendimiento y la estabilidad en contextos más allá de la esterilidad de las instalaciones de producción. La naturaleza y la escala de las nuevas aplicaciones pueden dar lugar a sistemas de producción no convencionales, o incluso considerar la fabricación in situ como una forma potencial de sustitución de los procesos centralizados de fabricación y distribución. También puede considerarse cómo las nuevas tecnologías que sustentan este enfoque podrían permitir ir más allá de las cadenas de suministro lineales hacia una concreción de los principios de la ecología industrial. Se convoca a presentar contribuciones que vayan más allá de la optimización de una vía única para la formación de productos en condiciones homogéneas convencionales. Las respuestas a esta cuestión deben desafiar explícitamente cómo se diseñan actualmente biorreactores a través de aspectos de distribución espacial, sistemas conectados o facilitando ensamblajes metabólicos novedosos para resultados biosintéticos multifuncionales.

Contribuciones

Serán especialmente bienvenidos proyectos experimentales que busquen alternativas a los métodos existentes de diseño de biorreactores e ingeniería metabólica. Se convoca a la presentación de contribuciones en las siguientes áreas:

(a) Resultados: (i) Métodos innovadores de biosíntesis, bioconversión o biocatálisis respaldados por datos experimentales, (ii) Ejemplos de implementaciones in situ de nuevas vías metabólicas, incluidas evaluaciones de rendimiento, cuantitativas y cualitativas, (iii) Evaluación de nuevos diseños de biorreactores, incluidas demostraciones de implementación en condiciones no convencionales, (iv) Evaluación de nuevas tecnologías para la ampliación o intensificación de bioprocesos relevantes para el desempeño ambiental, (v) Nuevas métricas asociadas con la química verde o la biosíntesis: desarrollo de nuevos índices para evaluar la sostenibilidad o cuantificar productos evitados. También son bienvenidos los artículos de resultados nulos que informen experimentos fallidos que puedan revelar límites fundamentales de materiales o procesos.

(b) Análisis: (i) Revisiones de vías clave, tecnologías y estudios de casos, (ii) Propuestas para diseño y/o evaluación de distintos marcos, que pueden incluir el diseño o modelado de software y hardware computacional, implementaciones de modelos como la evaluación del ciclo de vida para materiales y procesos biológicos, (iii) escaneo de horizonte o artículos de “llamado a la acción” que evalúan tecnologías emergentes relevantes.

(c) Impacto: (i) Revisiones de patentes y aplicaciones industriales de interés en esta área, (ii) Evaluación crítica de proyectos existentes, su probable eficacia, evaluados contra métodos de fabricación convencionales, (iii) Discusiones sobre las barreras legislativas e industriales para la innovación.

2.4.- La enseñanza de Biotecnología: ¿Requiere nuevas metodologías educativas? (4)

Dado que la biotecnología tiene el potencial de resolver algunos de los mayores problemas que ocasionan desigualdades locales y globales, es imperativo aumentar la participación de diversas comunidades en su desarrollo, implementación y adopción. La biotecnología se utiliza en numerosas disciplinas, como alimentación, medicina, biorremediación, agricultura, energía y desarrollo de materiales. La educación debe preparar a las personas para un futuro de desafíos complejos, proporcionando habilidades creativas, pensamiento crítico y capacidad de innovar para la resolución de problemas en un mundo impulsado por la tecnología. Además, la pedagogía específica debe permitir a los estudiantes y docentes debatir críticamente los problemas políticos, éticos y sociales de la práctica de la biotecnología. Esta cuestión convoca a una amplia gama de contribuciones de investigación en las que se identifique, evalúe y especule sobre el papel de la educación multidisciplinaria en el futuro de la biotecnología. Se convoca tanto a los trabajos experimentales sobre las últimas metodologías en esta área como a la crítica y la reflexión acerca de estos enfoques pedagógicos potencialmente transformadores.

Contribuciones: Se invita a presentar contribuciones en las siguientes áreas:

(a) Resultados: (i) Estudios sobre el diseño e implementación de pedagogías y currículos multidisciplinarios innovadores en educación biotecnológica, (ii) Estudios que informan sobre la incorporación de cuestiones éticas y sociales en la enseñanza básica de la biotecnología, (iii) Informes sobre enfoques de aprendizaje sobre problemas en biotecnología para abordar desafíos basados en el contexto, (iv) Informes sobre los resultados de la implementación de entornos de aprendizaje ricos en tecnología que fomentan la educación biotecnológica en carreras no científicas.

(b) Análisis: (i) Revisiones que presentan estudios de casos o muestran cambios basados en evidencia en un currículo multidisciplinario de biotecnología o prácticas pedagógicas en diferentes sistemas educativos en el mundo, (ii) Investigación y desarrollo multidisciplinario a través de contribuciones empíricamente fundadas que combinen experiencia en el contenido de la materia y esfuerzos educativos, (iii) Discusión de métodos para mejorar el desempeño de los estudiantes en la comprensión de los conceptos de biotecnología, enfoques utilizados para motivar e involucrar a los estudiantes, y lecciones aprendidas de los cambios en el plan de estudios y la instrucción en la educación biotecnológica multidisciplinaria.

(c) Impacto: (i) Estudios sobre educación biotecnológica traslacional que une la investigación, la política y las prácticas educativas para mejorar la educación biotecnológica, (ii) Estudios sobre la trayectoria de los graduados en programas de biotecnología y/o actividades empresariales derivadas de programas educativos novedosos, (iii) Análisis de los beneficios económicos y/o sociales de la enseñanza de la biotecnología, incluyendo estudios de casos de proyectos o iniciativas implementadas.

2.5.- ¿Pueden cultivarse bioconstrucciones? ¿Es deseable hacerlo? (5)

Si bien el sector de la construcción viene utilizando materiales biológicos desde antaño (por ejemplo: madera), las biotecnologías parecen ofrecer el potencial para cultivar materiales según especificaciones e incluso permitir que estructuras complejas se autoensamblen a través de procesos biológicos. Se han identificado varios materiales promisorios, tales como el micelio cultivado como material estructural o aislante. Estos desarrollos avanzan paralelamente hacia: (a) un discurso especulativo sobre diseño, en el que las características de futuras ciudades se cultivan, se mantienen vivas y se adaptan a sí mismas, y (b) la investigación sobre materiales vivos ingenierizados (engineered living materials (ELM)), a la vanguardia de la ciencia de los materiales y la investigación en biología sintética. En esta cuestión se invita a presentar una amplia gama de contribuciones de investigación en las que se identifique, evalúe y especule sobre el papel que tendrán los materiales y estructuras cultivados en el futuro de la construcción. Interesa no solo el trabajo experimental sobre métodos más recientes en esta área, sino también la crítica y la reflexión acerca de estas tecnologías y enfoques potencialmente transformadores.

Contribuciones: Se invita a presentar contribuciones en las siguientes áreas:

(a) Resultados: (i) Métodos innovadores de síntesis y fabricación de materiales utilizando procesos biológicos, respaldados por datos experimentales, (ii) Métodos de evaluación y resultados referidos a nuevos materiales biológicos para la construcción, por ejemplo, evaluaciones de secuestro de carbono, uso de energía, producción, etc., (iii) Ejemplos de implementaciones in situ de nuevos materiales biológicos, incluidas evaluaciones cuantitativas y cualitativas de rendimiento, (iv) También se aceptan artículos con resultados nulos que informen experimentos que puedan revelar limitaciones fundamentales en materiales o procesos biológicos.

(b) Análisis: (i) Revisiones de materiales biológicos clave, tecnologías y estudios de casos, (ii) Propuestas para marcos de diseño y/o evaluación, que pueden incluir diseño o modelado de software y hardware computacional, (iii) Implementaciones de modelos como el análisis del ciclo de vida para materiales y procesos biológicos, (iv) Enfoques que abordan la economía circular o el uso sostenible de recursos y procesos de base biológica, (v) Exploración de horizonte o artículos de llamado a la acción que evalúan tecnologías emergentes relevantes.

(c) Impacto: (i) Reseñas de patentes y aplicaciones industriales de interés en esta área, (ii) Evaluación crítica de proyectos existentes y su posible eficacia, evaluados con relación a los materiales y métodos de construcción convencionales, (iii) Debates sobre las barreras académicas, legislativas e industriales a la innovación en esta área.

NOTA: En cada una de las cuestiones se invita, además de lo especificado, a enviar una amplia gama de piezas de debate seleccionadas, incluida la presentación de carteras de diseño, polémicas breves, planteos de posición o provocadores, así como comentarios sobre el material publicado en la serie.