Por primera vez se ha descrito matemáticamente la capacidad que tienen las proteínas para trabajar coordinadamente como una red compleja y fuerte dentro de una célula, marcando un avance significativo tanto en matemáticas como en biología.
Las proteínas forman redes insondables y complejas de reacciones químicas que permiten que las células se comuniquen y “piensen”, otorgándole a la célula una capacidad cognitiva. Para la ciencia, cómo funciona este “cerebro celular” ha sido un misterio de larga data.
Los resultados, consecuencia de un proyecto de cinco años realizado por la Dra. Robyn Araujo de la Universidad Tecnológica de Queensland en Australia, y el profesor Lance Liotta, afiliado a la Universidad George Mason en Estados Unidos, resuelven en gran parte el misterio de cómo la red extremadamente compleja encontrada dentro de una célula perfila robustez, más que fragilidad.
La complejidad de estas reacciones es de una magnitud que desafía el mapeo simple, por lo que los investigadores se preguntaron si el análisis matemático podría proporcionar algunas respuestas.
En este punto la Dra. Araujo expresó: “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 robusta, una red debe satisfacer un conjunto extremadamente rígido de principios matemáticos”.
Los investigadores recurrieron a una rama de las matemáticas llamada topología, que es esencialmente, el estudio de cómo las propiedades de un objeto se conservan aun siendo deformadas, retorcidas o estiradas.
Usando este enfoque, pudieron desarrollar un conjunto de definiciones completamente nuevo, que fue capaz de describir, interpretar y dar cuenta de todos los flujos y controles posibles de señales bioquímicas a través de una red.
Aunque los cálculos involucrados en dicha exploración pueden ser muy complicados, las conclusiones que arrojan son inesperadamente elegantes.
Los investigadores revelan que los procesos evolutivos están empoderados por principios de diseño simple, los cuales se amplían para producir un rendimiento sólido, independientemente del tamaño de las redes subyacentes.
Los resultados sugieren una resolución a una paradoja desconcertante en los sistemas vivos, basada en lo inimaginablemente complejas que son las interacciones de las redes moleculares, una propiedad que generalmente se asocia con la fragilidad, sin embargo, tales redes se caracterizan por una notable robustez.
Los autores del estudio indican que el logro demostrará ser útil para una comunidad mucho más amplia que simplemente la de los matemáticos. En este contexto señalan: “Básicamente, ahora estamos descubriendo agujas en el pajar en términos de las construcciones de red que realmente pueden existir en la naturaleza”.
Aunque es prematuro para valorar estos resultados, abren la puerta a la posibilidad de modificar las redes celulares con medicamentos y hacerlo de una manera eficiente. La terapia del cáncer es un área potencial de aplicación, y las ideas sobre cómo funcionan las proteínas a nivel celular son clave, lo que le otorga a esta investigación una utilidad de alta significación.
Referencia: The topological requirements for robust perfect adaptation in networks of any size. Nature Communications, 2018. doi:10.1038/s41467-018-04151-6