Los científicos del Instituto Francis Crick han desarrollado algoritmos de aprendizaje automático que pueden predecir el metabolismo de la levadura a partir de su contenido de proteínas. Los resultados podrían proporcionar una base para que los cerveceros tengan un mayor control sobre el sabor de su cerveza, y los científicos personalicen los tratamientos parapacientes con trastorno metabólico, en el futuro.
El metabolismo es el proceso mediante el cual los organismos convierten los nutrientes en energía y moléculas esenciales, a través de una serie de reacciones químicas. Cuando la levadura metaboliza el azúcar en ausencia de oxígeno, se 'fermenta' para producir alcohol, ácidos y gases, incluidos los compuestos aromatizantes,que hacen que el pan, el vino y la cerveza sepan bien.
Dentro de una célula, el metabolismo produce cientos de moléculas pequeñas, llamadas metabolitos. Aunque la levadura está evolutivamente muy distante de los humanos, muchos de estos metabolitos son idénticos y están hechos de manera similar. Hasta ahora, sin embargo, los mecanismos que controlan el metabolismo tienenno se ha entendido completamente
El último estudio, publicado en Sistemas celulares , muestra que en gran medida, el metabolismo de la levadura de cerveza S. cerevisiae es predecible por los algoritmos de aprendizaje automático, si se les proporciona una gran cantidad de información sobre la expresión de proteínas.
"Gracias al aprendizaje automático, ahora tenemos una mejor comprensión de lo que controla el metabolismo, lo cual es una buena noticia para los cerveceros que buscan crear la pinta perfecta, o para los biotecnólogos que usan levadura para producir vacunas y otras proteínas que son médicamente importantes", diceAleksej Zelezniak, primer autor del artículo e investigador del Crick, y recientemente se mudó a Suecia para establecer su grupo de investigación independiente en la Universidad Tecnológica de Chalmers.
Vinculación de proteínas y metabolitos
Hasta ahora, los científicos han estado divididos sobre si el metabolismo es autorregulado o controlado por los cambios en la expresión génica; en parte porque los métodos existentes no han podido detectar ninguna correlación fuerte entre la lectura de genes, proteínas y metabolitos.
En este estudio, los científicos cuantificaron la expresión de enzimas en 97 cepas diferentes de S. cerevisiae se sabe que muestra diferencias en el metabolismo, vinculándolo a cambios en las concentraciones de metabolitos medidos.
Desarrollaron algoritmos de aprendizaje automático que podrían detectar relaciones complejas entre los cambios en la expresión génica y los metabolitos producidos. Descubrieron que el metabolismo estaba controlado por muchas enzimas que actuaban en concierto, sin que ninguna enzima tuviera un efecto importante por sí misma.
"La relación entre la expresión enzimática y el metabolismo en la levadura es tan compleja que los modelos anteriores no han podido detectarlo", dice Markus Ralser, líder del grupo en Crick y autor principal del artículo. "Los cambios en el metabolismo celular están estrechamente ligados atrastornos que aumentan con la edad, incluyendo diabetes, varios tipos de cáncer y enfermedades neurodegenerativas. El hecho de que uno pueda comenzar a predecir el metabolismo en células simples como las células de levadura, es un hito en el esfuerzo para poder pronosticar pronto el metabolismo también en humanostejidos
"Gigantes tecnológicos como Amazon y Facebook utilizan herramientas informáticas similares todo el tiempo. Pero en lugar de utilizarlas para personalizar anuncios o recomendar amigos, hemos aprovechado su poder para predecir el metabolismo de una célula de levadura. Estas ideas no solo informan a nuestroscomprensión de la base del sabor de la cerveza, pero también algunos trastornos humanos del metabolismo ".
De cerveza a medicina personalizada
El equipo espera transferir sus hallazgos en las células de levadura a la clínica en los próximos años para ayudar a los pacientes con enfermedades metabólicas.
"Para los no biólogos puede parecer extraño que uno pueda transferir nuestro conocimiento de la levadura a los humanos, pero en realidad, muchos principios fundamentales de lo que sabemos sobre la biología humana provienen de la investigación de la levadura", dice Aleksej.
"Actualmente ampliamos nuestros algoritmos, de modo que nos brinden información también sobre el metabolismo de una persona, en función de las proteínas presentes en su sangre. Esta información podría ayudar a los médicos a decidir qué opción de tratamiento es mejor para un paciente individual".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por El Instituto Francis Crick . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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