Los científicos exploran ideas para construir una nueva teoría de la célula

¿Cómo construirán los biólogos una teoría de la célula? Ahora mismo el campo está abierto. Pero ideas no faltan, y éstas son algunas de ellas.

- Redes

Las sociedades trazan redes, superpuestas unas sobre otras. Internet es la más reciente; pero también hay redes de carreteras, de transporte aéreo, de abastecimiento de electricidad, redes de amistades, de contactos comerciales, etcétera.

La célula también es una especie de comunidad, y se basa en redes que tienen una sorprendente similitud subyacente. Por ejemplo, si se considera que cada tipo de molécula de la célula es un componente de una red, y se trazan vínculos entre dos moléculas que participan juntas en un proceso bioquímico, el resultado es una red que tiene el mismo tipo de estructura de conexión que muchas redes sociales. Lo mismo puede ocurrir con las redes de relaciones de un gen con otros. Así, la biología celular tiene cosas útiles que aprender de la teoría matemática de redes. Dice Leroy Hood, del Institute for Systems Biology de Seattle (EE UU ): 'El futuro está en el estudio de los genes y las proteínas de los organismos en el contexto de sus rutas y redes informativas'.

- Sintéticas

Si los investigadores crearan un modelo teórico o informático de una célula al completo, ¿cómo sabrían si se trata de un modelo bueno? Los físicos verifican sus modelos con la experimentación variando una cantidad mientras mantienen constantes todas las demás, y comparando las predicciones del modelo con las observaciones. En la célula esto es muy difícil de hacer, por no decir imposible: al cambiar una cosa es casi inevitable no cambiar otras. La respuesta podría ser rediseñar células y simplificarlas.

Algunos investigadores ya han creado este tipo de células hechas a medida. El año pasado, el grupo de Leibler ideó crear redes artificiales de genes que se relacionan entre sí y que desempeñan determinadas funciones, como activar o desactivar la producción de una proteína. Después sometieron a las bacterias Escherichia coli a ingeniería genética, para que contuvieran estas redes genéticas sintéticas, y demostraron que producían el comportamiento predicho.

Jack Szostak, David Bartel y Pier Luigi Luisi afirman que los científicos creen poder ser capaces de fabricar células artificiales sencillas partiendo de cero, que puedan metabolizarse, duplicarse y evolucionar. Las células artificiales, que contengan lo que el investigador quiera estudiar y nada más, servirían como laboratorios en miniatura para demostrar modelos de redes moleculares, e incluso quizá para estudiar cómo la vida se hizo tan compleja.

- Módulos

Muchas veces los genes funcionan en equipo. Por ejemplo, cuando una célula separa los azúcares para cosechar su energía podría activar todo el equipo completo de genes para producir sus respectivas enzimas.Los biólogos Leland Hartwell, John Hopfield, Stan Leibler y Andrew Murray proponen que, si se buscan ejemplos de este trabajo en equipo y se considera que representan módulos más o menos independientes, podría tener sentido la frenética actividad que hay en la célula. Un departamento se ocupa de hacer las proteínas, otro duplica el ADN para la división celular, otros reciben unas determinadas hormonas y responden ante ellas, y así sucesivamente. Estos módulos son más que meras colecciones de genes: incluyen proteínas, moléculas mensajeras y moléculas ricas en energía que conjuntamente desempeñan una función.

Los módulos se relacionan entre sí a través de uno o varios tipos de moléculas mediadoras. El grupo de Hartwell considera que la idea del comportamiento colectivo podría ser útil para la caracterización de los módulos.

- Sistema fuerte

No se puede esperar que todo vaya siempre perfectamente en un sistema tan complejo como la célula. Constantemente se dan pequeños errores. Se fabrica una proteína con una estructura molecular incorrecta, o en una cantidad ligeramente errónea. Las toxinas deambulan causando estragos. Pero la vida sigue, normalmente sin que uno se dé cuenta de la existencia de estos problemas. La célula no es frágil.

Se puede eliminar (individualmente) aproximadamente el 40% de nuestros genes sin que haya un efecto visible. Ya se sabe que en los procesos metabólicos, a través de los cuales las células obtienen energía y hace moléculas nuevas, la fortaleza puede emanar de las relaciones dentro del módulo: todos los demás genes metabólicos ajustan su actividad para compensar la del gen que falle. Es decir, la fortaleza no es una propiedad de una molécula o gen concreto, sino que sólo puede comprenderse a escala colectiva.