Al igual que los teléfonos móviles y los ordenadores transmiten datos a través de redes electrónicas, las células de nuestro cuerpo transmiten y reciben mensajes químicos a través de rutas moleculares. El término señalización celular se acuñó hace más de 30 años para describir este proceso.
Ahora, por primera vez, los científicos han sido capaces de cuantificar la capacidad de datos que transmite una vía bioquímica de señalización y se llevaron una sorpresa, se trata de una vía más lenta que incluso los antiguos módems telefónicos para acceder a internet.
“Esta vía bioquímica clave está involucrada en funciones complejas, pero puede transmitir menos de un bit, la unidad más pequeña de información en informática” dijo Ilya Nemenman, un profesor de física y de biología de la Emory University. “Es un resultado simple, pero cambia nuestro punto de vista de cómo las células acceden a datos químicos”.
Este descubrimiento se ha publicado en la revista Science, por parte de Nemenman y sus colegas de la Johns Hopkins University, incluído Andre Levchenko, Raymond Cheong, Alex Rhee y Chiaochun Joanne Wang.
Durante la década de los 80, los biólogos celulares iniciaron la identificación de las principales rutas de señalización como es el caso del factor nuclear kappa B (NF-kB), conocida por controlar la expresión de genes en respuesta a todo, desde patógenos, hasta en cáncer. Pero la cantidad de información transportada a través de los mensajeros químicos a través de estas rutas ha sido un misterio.
“Sin haber cuantificado la señal, usando las matemáticas y el análisis informático, para añadir un número a cuánta información es transmitida, tiene una imagen drásticamente incompleta de lo que está pasando”, dijo Nemenman, un biofísico teórico.
Él y Levchenko, un ingeniero biomédico, comenzaron a discutir este problema de nuevo en el año 2007 tras conocerse en una conferencia.
Levchenko desarrolló técnicas de microflujo y de medida para llevar a cabo experimentos de señalización bioquímica en la ruta del NF-kB, midiendo las transmisiones que ocurren en la ruta en varios miles de células al mismo tiempo. Nemenman formuló la base teórica para anilizar y cuantificar los resultados de los experimentos.
“Nos dio un shock al enterarnos de que la cantidad de información que está siendo enviada a través de esta vía es menos de un bit, ó un digito binario”, dijo Nemenman. “Esta es tan poca información que sólo es suficiente para tomar una decisión binaria, un simple sí o no”.
Y, sin embargo, la ruta del NF-kB regula todo tipo de decisiones complejas hechas por la célula, en respuesta a estímulos que van desde el estrés, los radicales libres, patógenos bacterianos y virales y mucho más. “Nuestros resultados mostraron que sería imposible para las células tomar decisiones basadas sólo en esta vía, porque éstas no están recibiendo suficiente información. Sería como tratar de enviar una película que requiere una velocidad de un megabit por segundo a través de un módem antiguo el cual sólo es capaz de trasmitir a 28 kilobits por segundo”, dijo Nemenman.
Se analizaron varias señales de otras vías bioquímicas, obteniendo resultados similares, lo que sugiere que la capacidad de transmisión de datos de menos de un bit puede ser común. Por tanto si las células no están recibiendo toda la información de las vías de señalización celular, ¿De dónde procede la información?
“Estamos proponiendo que las células de alguna manera se comunican con las otras por alguna otra vía diferente de estas rutas conocidas. Una sola célula no tiene la suficiente información para considerar todas las variables y decidir si tiene que reparar parte de un tejido. Pero cuando grupos de células se comunican entre sí, y cada una añade un bit de conocimiento, están realizando una decisión colectiva de qué acciones emprender”, dijo Nemenman.
El autor lo compara con un montón de gente en una fiesta, con los teléfonos móviles que emiten señales débiles pegados a sus orejas. Cada persona está recibiendo mensajes sencillos a través de sus móviles los cuales proporcionan una pequeña pieza del puzle que hay que resolver. Cuando la gente de la fiesta charla, comparte sus mensajes individuales, por lo que la gente es capaz de colectivamente obtener una solución para el puzle.
Un fenómeno similar, denominado codificación en la población, ha sido identificado para la actividad eléctrica de las redes neuronales, pero Nemenman y sus colegas están aplicando esta idea a las rutas bioquímicas de señalización.
Tienen la esperanza que a partir de esta investigación se consiga reducir a cero el papel de la señalización en enfermedades específicas.
En particular, Nemenman quiere analizar y comparar las capacidades de señalización entre una célula cancerígena y una célula normal.
“La célula cancerígena se divide cuando no debería, lo que significa que ésta está tomando decisiones inadecuadas. Me gustaría cuantificar este proceso para tomar las decisiones y determinar si las células cancerígenas tienen reducida su capacidad de transducción de la información, ó si tienen la misma capacidad que las células sanas y simplemente están tomando decisiones equivocadas”.
Nemenman utiliza un ordenador que no funciona correctamente como un ejemplo: “si usted presiona en el ordenador la tecla a, y en la pantalla siempre le sale la letra d, esto significa que el ordenador está mal programado, pero la información del teclado se recibe bien”, dice. “Pero si sigue pulsando la letra a y otras diferentes al azar, esto significa que hay un problema con la forma en la que se transmite la información”.
Fuente: Science Daily.
No hay comentarios:
Publicar un comentario