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Ideas para una nueva biología

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Biología

Ideas para una nueva biología 

Nature (Febrero 12, 2001)

– 07.05.2001 –

Nuestra sociedad construye varias redes amplias superpuestas unas sobre otras.  La red de Internet es la más reciente.  También existe la de caminos, trenes, transporte aéreo, redes de electricidad, combustible y agua.

La célula es un tipo de comunidad que se basa en redes que tienen una similitud subyacente sorprendente.  Si, por ejemplo, se considera que cada tipo de molécula en la célula es un componente de una red y existen vínculos entre dos moléculas que participan juntas en un proceso bioquímico, el resultado es una red que tiene el mismo tipo de estructura conectiva que tienen muchas redes sociales.  Lo mismo se aplica para las redes que describen como un gen interactúa con otros en el genoma.

Esto implica que la biología celular tiene mucho por aprender acerca de la teoría de redes matemática.  No todas las redes altamente conectadas son las mismas.  Algunas rápidamente se descomponen en regiones aisladas si solo algunos vínculos se rompen.  Otras mantienen sus conexiones entre casi cualquier par de nodos aun con una alta proporción de vínculos rotos.

La red celular parecería ser de estas últimas, una variedad robusta, que tiene mucho sentido evolutivamente.  A través de su comprensión podemos entender como la célula se organiza a sí misma.

Los genes muchas veces trabajan en equipo.  Cuando una célula degrada azúcares para producir energía, por ejemplo, puede activar el equipo completo de genes para producir las enzimas necesarias.

Los biólogos teóricos Leland Hartwell, John Hopfield, Stan Leibler y Andrew Murray, han sugerido que podremos comprender la actividad de la célula a través de estos ejemplos de trabajo en equipo y considerando que representan módulos más o menos independientes, como los departamentos separados de una organización.  Un departamento se ocupa de sintetizar proteínas, otro replica a l ADN, otros reciben y responden a hormonas particulares y así sucesivamente.

Estos módulos son más que una colección de genes: incluyen proteínas, ARN, moléculas mensajeras pequeñas y moléculas altamente energéticas que tienen una función conjunta.

A veces, la célula aísla tales módulos físicamente, encerrándolos en compartimentos revestidos por membranas, u organelas, como la mitocondria.  Esto es como darle al departamento su propio edificio.  Los módulos interactúan entre sí a través de una o varias moléculas mediadoras.

El grupo de Hartwell cree que la idea del comportamiento “colectivo” puede ser empleado para caracterizar a los módulos.  “La mayoría de las propiedades funcionales de los módulos son propiedades colectivas que surgen de las propiedades de los componentes subyacentes y de sus interacciones.”

Uno no puede esperar que las cosas sucedan correctamente en un sistema tan complejo como la célula.  Pequeños errores ocurren todo el tiempo.  Una proteína se sintetiza con una estructura errónea, o en una cantidad errónea.  Los materiales de construcción son escasos porque no tenemos una buena dieta.  Las toxinas abundan causando desastres.  Pero, a pesar de esto la vida continúa. La célula no es algo frágil.

En los últimos años, los genetistas se han sorprendido al descubrir que tan robusta es la célula.  Al bloquear un gen de un ratón crucial para la supervivencia, se encuentran con que el ratón vive.

Se ha propuesto que esto se debe a la redundancia de genes: los genes tienen copias casi idénticas de sí mismos que pueden activarse en el caso de que el gen principal no funcione. Pero las últimas investigaciones sugieren que este no es el caso: las mutaciones en los genes duplicados parecen tener un efecto fisiológico similar a las mutaciones de genes únicos.

Ya es conocido que para un proceso metabólico a través del cual las células obtienen energía y construyen nuevas moléculas, la robustez puede surgir de las interacciones entre módulos: todos los demás genes metabólicos ajustan su actividad para compensar al que tiene una falla.  En otras palabras, la robustez no es una propiedad de una única molécula o gen sino que solo puede ser comprendida a un nivel colectivo.