El estudio descubrió principios fundamentales de diseño a nivel molecular que organizaron todas las formas de complejidad biológica en estructuras de reacción química que promueven la robustez y, en última instancia, la supervivencia. | Crédito de la foto: Getty Images/iStock
Los matemáticos han descubierto detalles sobre el marco explicativo universal para las interacciones moleculares que les ayudan a adaptarse a condiciones nuevas y variables mientras mantienen un control estricto sobre las propiedades clave de supervivencia.
Al abrir una “ventana a la evolución”, dijeron los investigadores, sus hallazgos representaron un modelo para las redes de señalización con capacidad de adaptación en todos los dominios de la vida y para el diseño de biosistemas sintéticos.
“Nuestro estudio considera un proceso llamado adaptación perfecta robusta (RPA) mediante el cual los sistemas biológicos, desde células individuales hasta organismos completos, mantienen moléculas importantes dentro de rangos de concentración estrechos a pesar de ser bombardeados continuamente con perturbaciones en el sistema”, dijo Robyn Araujo, de la Universidad de Queensland. Technology School of Mathematical Sciences, Australia, y autor correspondiente del estudio.
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Los investigadores dijeron que habían descubierto principios fundamentales de diseño a nivel molecular que organizaban todas las formas de complejidad biológica en estructuras de reacción química que promueven la robustez y, en última instancia, la supervivencia.
El estudio se publica en la revista Nature Communications.
Araujo dijo que habían encontrado que las moléculas de los sistemas vivos no pueden simplemente ‘transmitir’ señales bioquímicas, sino que deben hacer ‘cálculos’ sobre estas señales.
“Estas interacciones intermoleculares complejas deben implementar un tipo especial de regulación conocida como control integral, una estrategia de diseño conocida por los ingenieros durante casi un siglo.
“Sin embargo, las redes de señalización en la naturaleza son muy diferentes, ya que evolucionaron para depender de las interacciones físicas entre moléculas discretas.
“Entonces, las ‘soluciones’ de la naturaleza operan a través de colecciones de interacciones notables y altamente intrincadas, sin componentes de computación integral especialmente diseñados por ingeniería y, a menudo, sin circuitos de retroalimentación.
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“Mostramos que las estructuras de redes moleculares utilizan una forma de control integral en la que múltiples integrales independientes, cada una con una estructura muy especial y simple, pueden colaborar para conferir la capacidad de adaptación a moléculas específicas.
“Usando un algoritmo algebraico basado en este hallazgo, hemos podido demostrar la existencia de integrales incrustadas en redes de reacciones químicas biológicamente importantes cuya capacidad para exhibir adaptación nunca antes podría explicarse mediante ningún método sistemático”, dijo Araujo.
“Sobre la base de esta nueva e innovadora investigación, la RPA actualmente se destaca como una respuesta biológica clave para la cual ahora existe un marco explicativo universal.
“A un nivel práctico, este descubrimiento podría proporcionar un enfoque completamente nuevo para abordar los grandes desafíos de la medicina personalizada, como la resistencia a los medicamentos contra el cáncer, la adicción y las enfermedades autoinmunes”, dijo Lance Liotta, autor del estudio.
2023-04-28 18:23:27
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