¿Cómo funciona el 'cerebro' de una célula viva, permitiendo que un organismo funcione y prospere en entornos cambiantes y desfavorables?
La Dra. Robyn Araujo, investigadora de la Universidad Tecnológica de Queensland QUT ha desarrollado nuevas matemáticas para resolver un misterio de larga data sobre 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 Comunicaciones de la naturaleza , proporciona un nuevo nivel de comprensión de la comunicación celular y la 'cognición' celular, y tiene una aplicación potencial en una variedad de áreas, incluidas las nuevas terapias dirigidas contra el cáncer y la resistencia a los medicamentos.
El Dr. Araujo, profesor de matemática aplicada y computacional en la Facultad de Ciencias e Ingeniería de QUT, dijo que si bien sabemos mucho acerca de las secuencias de genes, hemos tenido una visión extremadamente limitada de cómo las proteínas codificadas por estos genes trabajan juntas como un sistema integradored - hasta ahora
"Las proteínas forman redes insondablemente complejas de reacciones químicas que permiten que las células se comuniquen y 'piensen', esencialmente dando a la célula una habilidad 'cognitiva' o un 'cerebro'", dijo. "Ha sido un misterio de larga dataen 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 podrían construir estas redes para funcionar como lo hacen".
"Mi investigación nos está dando una nueva forma de ver cómo se deshace 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 reiniciarse después de haber estado expuesta a un nuevo estímulo.
"Un ejemplo de adaptación perfecta es nuestro sentido del olfato", dijo. "Cuando nos exponemos a un olor, lo oleremos inicialmente, pero después de un tiempo nos parece que el olor ha desaparecido, aunque el estímulo químico, todavía está presente.
"Nuestro sentido del olfato ha exhibido una adaptación perfecta. Este proceso le permite permanecer sensible a los cambios posteriores 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 otras sustancias químicas y sus proteínas tenderán a reaccionar y responder inicialmente, pero luego se asentaránhasta niveles de actividad previos al 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 ser capaz de esta adaptación perfecta de una manera sólida, una red tiene que satisfacer un conjunto extremadamente rígido de principios matemáticos. Hay un número sorprendentemente limitado de formasSe podría construir una red para realizar una adaptación perfecta.
"Esencialmente, ahora estamos descubriendo las agujas en el pajar en términos de las construcciones de red que realmente pueden existir en la naturaleza.
"Son los primeros días, pero esto abre la puerta para poder modificar las redes celulares con medicamentos y hacerlo de una manera más sólida y rigurosa. La terapia contra el cáncer es un área potencial de aplicación e información sobre cómo funcionan las proteínas en un momento determinado".el nivel celular es clave "
La Dra. Araujo dijo que el estudio publicado fue el resultado de más de "cinco años de incesante esfuerzo para resolver este problema matemático increíblemente profundo". 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 de la Comunicaciones de la naturaleza artículo, 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 superar la resistencia a los medicamentos contra el cáncer, ¿por qué los tumores con frecuencia se adaptan y vuelven a crecer después del tratamiento?
"También podría ayudar a comprender cómo nuestro sistema hormonal, nuestras defensas inmunes, se adaptan perfectamente a los desafíos frecuentes y nos mantienen bien, y tiene implicaciones futuras para crear nuevas hipótesis sobre la adicción a las drogas y la adaptación de la señalización de las neuronas cerebrales".
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Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Queensland . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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