¿Cómo funciona el "cerebro" de una célula viva, permitiendo que un organismo funcione y prospere en entornos cambiantes y desfavorables? Los investigadores han desarrollado nuevas matemáticas para resolver un misterio de larga data de cómo las redes biológicas increíblemente complejas dentro de las células pueden adaptarse y restablecerse después de la exposición a un nuevo estímulo.
El Dr. Robyn Araujo, investigador de la Universidad de
Tecnología de Queensland (QUT), ha desarrollado nuevas matemáticas para resolver un antiguo misterio de cómo las redes
biológicas increíblemente complejas dentro de las células pueden adaptarse
y restablecerse después de la exposición a un nuevo estímulo.
Sus hallazgos, publicados en Nature
Communications , brindan un nuevo nivel de comprensión de la comunicación
celular y la "cognición" celular, y tienen una posible aplicación en
una variedad de áreas, incluidas nuevas terapias contra el cáncer dirigidas y
resistencia a los medicamentos.
El Dr. Araujo, profesor de matemáticas aplicadas y
computacionales en la Facultad de Ciencias e Ingeniería de QUT, dijo que aunque
sabemos mucho sobre las secuencias de genes, hemos tenido una visión
extremadamente limitada de cómo las proteínas codificadas por estos genes
funcionan juntas como una red integrada. - hasta ahora.
"Las proteínas forman redes insondables y
complejas de reacciones químicas que permiten que las células se comuniquen y
'piensen', esencialmente dándole a la célula una capacidad 'cognitiva' o un
'cerebro'", dijo. "Ha sido un misterio de larga data en la
ciencia cómo funciona este 'cerebro' celular.
"Nunca podríamos esperar medir la complejidad
total de las redes celulares: las redes son simplemente demasiado grandes e
interconectadas y sus proteínas componentes son demasiado variables.
"Pero las matemáticas proporcionan una
herramienta que nos permite explorar cómo se pueden construir estas redes para que
funcionen como lo hacen.
"Mi investigación nos brinda una nueva forma de
analizar la complejidad de la red en la naturaleza".
El trabajo del Dr. Araujo se ha centrado en la función
ampliamente observada llamada adaptación perfecta: la capacidad de una red para
restablecerse después de haber estado expuesta a un nuevo estímulo.
"Un ejemplo de adaptación perfecta es nuestro
sentido del olfato", dijo. "Cuando se expone a un olor, lo
oleremos inicialmente, pero después de un tiempo nos parece que el olor ha
desaparecido, a pesar de que el producto químico, el estímulo, todavía está
presente.
"Nuestro sentido del olfato ha demostrado una
adaptación perfecta. Este proceso le permite seguir siendo sensible a los
cambios en nuestro entorno para que podamos detectar olores muy finos y muy
fuertes.
"Este tipo de adaptación es esencialmente lo que
ocurre dentro de las células vivas todo el tiempo. Las células están expuestas
a señales -hormonas, factores de crecimiento y otros químicos- y sus proteínas
tenderán a reaccionar y responder inicialmente, pero luego se estabilizarán.
niveles de actividad pre-estímulo a pesar de que el estímulo todavía está allí.
"Estudié todas las formas posibles en que se
puede construir una red y descubrí que para poder realizar esta adaptación
perfecta de manera robusta, una red debe cumplir un conjunto de principios
matemáticos extremadamente rígidos. podría ser construido para realizar una
adaptación perfecta.
"Básicamente, ahora estamos descubriendo las
agujas en el pajar en términos de construcciones de red que realmente pueden
existir en la naturaleza.
"Es temprano, pero esto abre la puerta a la
posibilidad de modificar las redes celulares con medicamentos y hacerlo de una
manera más robusta y rigurosa. La terapia del cáncer es un área potencial de
aplicación, y las ideas sobre cómo funcionan las proteínas a nivel celular es
clave."
El Dr. Araujo dijo que el estudio publicado fue el
resultado de más de "cinco años de esfuerzos incansables para resolver
este problema matemático increíblemente profundo". Ella comenzó a
investigar en este campo mientras estaba en la Universidad George Mason en
Virginia, en los Estados Unidos.
Su mentor en la Facultad de Ciencias de la universidad
y coautor del artículo de Nature Communications , el profesor Lance
Liotta, dijo que el resultado "sorprendente y sorprendente" del
estudio del Dr. Araujo es aplicable a cualquier organismo vivo o red bioquímica
de cualquier tamaño.
"El estudio es un maravilloso ejemplo de cómo las
matemáticas pueden tener un profundo impacto en la sociedad y los resultados
del Dr. Araujo proporcionarán un conjunto de enfoques completamente nuevos para
los científicos en una variedad de campos", dijo.
"Por ejemplo, en las estrategias para vencer la
resistencia a los medicamentos contra el cáncer: ¿por qué los tumores se
adaptan con frecuencia y vuelven a crecer después del tratamiento?
"También podría ayudar a comprender cómo nuestro
sistema hormonal, nuestras defensas inmunes, se adapta perfectamente a los
desafíos frecuentes y nos mantiene saludables, y tiene implicaciones futuras
para crear nuevas hipótesis sobre la adicción a las drogas y la adaptación de
la señalización de las neuronas cerebrales".
FUENTE: sciencedaily
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