miércoles, 1 de agosto de 2012

La bacteria digital

Por Martín Bonfil Olivera
Dirección General de Divulgación de la Ciencia, UNAM
Publicado en Milenio Diario, 1 de agosto de 2012

Contrario a lo que se piensa, los científicos no sólo viven de hacer experimentos. También suelen construir modelos y simulaciones: recreaciones de la naturaleza –muchas veces matemáticas, aunque también hay simulaciones mecánicas y de otros tipos– basadas en los datos y teorías disponibles que se espera que se comporten de manera muy similar a los sistemas reales.

Los físicos tienen ya varios siglos de usarlos: es gracias a ellos que han podido recrear y estudiar detalladamente el big bang o un agujero negro, o predecir la existencia y el comportamiento de una partícula subatómica.

La biología también tiene modelos y simulaciones, pero un grupo de científicos de la Universidad de Stanford, encabezados por Markus Covert acaba de marcar un avance radical: crearon una simulación, un modelo computacional, de una célula completa.

Antes de que usted se pregunte para qué sirve eso, imagine cómo sería, por ejemplo, tener una simulación computacional detallada de una ciudad completa. No algo como SimCity, que es un juego, y a pesar de su complejidad sigue siendo un modelo extremadamente simplificado, sino un modelo que incluyera el número real de personas, edificios, vialidades, automóviles, y su movimiento a lo largo de los días.

Un modelo así permitiría entender con precisión cómo funciona la ciudad, detectar las áreas problemáticas y, si fuera lo suficientemente fino, incluso predecir eventos como apagones, inundaciones, embotellamientos de tráfico o accidentes (quizá no al detalle de cuándo y dónde ocurre un choque vehicular, pero sí qué lugares, días y horas son más propicios para que ocurran).

Pues bien: Covert y su equipo reportan en la revista Cell (20 de julio de 2012) la construcción de su modelo –que consta de más de 1,900 parámetros distintos en 28 sub-modelos–, en el que introdujeron la información completa del genoma de la bacteria Mycoplasma genitalium (que, como su nombre lo indica, causa infecciones genitales en humanos, como la uretritis no gonocócica). Pero también, basándose en la información tomada de más de 900 artículos de investigación, modelaron qué información genética está activa, leyéndose en un momento dado en la célula (su transcriptoma), las proteínas, entre ellas enzimas, que se están fabricando (su proteoma) y las reacciones químicas se están llevando a cabo en la célula y que dichas enzimas controlan (el metaboloma).

Se eligió a M. genitalium porque es una de las bacterias con genoma más pequeño que se conocen (sólo tiene 525 genes –contra los más de 23 mil del genoma humano). Pero también porque es la especie en que se ha trabajado más en la llamada biología sintética: en 2010 se realizó un “trasplante de genes” en que se reprogramó a la bacteria con un genoma artificial.

La simulación de Covert usó programación enfocada en objetos que mezcla distintas técnicas matemáticas (ecuaciones diferenciales ordinarias, redes booleanas, y otras) para representar los distintos procesos, y que funciona en ciclos, combinando cada vez los datos del ciclo anterior para ir simulando el estado de cada parámetro, hasta que la célula se divide. Fue sometida a prueba para ver si lograba reproducir datos que ya se conocen sobre la concentración de ciertas sustancias dentro de la célula. Y lo hizo bastante bien.

El modelo es preliminar (“sólo un “borrador”, dice Covert). Pero abre toda una nueva rama de estudios sobre la biología celular. Servirá para descubrir nuevos fenómenos no detectados, que aparecen en la simulación y luego pueden buscarse en las bacterias reales. Ya se lograron algunos hallazgos de este tipo. Y también podrá servir para, un día, diseñar de manera racional bacterias artificiales que realicen funciones útiles como producir biocombustibles o antibióticos, o degradar compuestos contaminantes.

Sin duda, esta célula digital es mucho más que un juego.


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32 comentarios:

Ribozyme dijo...

El futuro de la biología va por ese lado, la cuantificación y no sólo la descripción, la modelación y predicción, no sólo la recabación de enormes cantidades de datos aislados.

Ya lo dijo Ernest Rutherford, uno de los grandes en el descubrimiento de la estructura del átomo:

Todo en ciencia es o física, lo medible, o coleccionar estampillas...

Francisco dijo...

A los químicos teóricos nos gusta poner la siguiente frase sobre el papel de las matemáticas. Toca el turno ahora a la biología.

Every attempt to employ mathematical methods in the study of chemical questions must be considered profoundly irrational and contrary to the spirit of chemistry ... if mathematical analysis should ever hold a prominent place in chemistry - an aberration which is happily almost impossible - it would occasion a rapid and widespread degeneration of that science.

A. Comte, "Philosophie positive.", 1830.

Martín Bonfil Olivera dijo...

Ja ja, pobre Comte... Yo considero la etapa del positivismo como algo muy parecido a las Dark Ages en la filosofía de la ciencia (claro que mis amigos y maestros filósofos se me echaría encima si leyeran esto...)

Anónimo dijo...

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