¿Qué pueden enseñarnos las conchas marinas, los rayos y la costa de Gran Bretaña sobre los nuevos medicamentos para el cáncer?
La respuesta, según un equipo de investigadores de la Escuela de Ingeniería Viterbi de la USC, puede girar en torno a fractales, los patrones infinitamente complejos que se encuentran en la naturaleza.
Los árboles, ríos, costas, montañas, nubes, copos de nieve y huracanes muestran u obedecen las reglas fractales. Una descripción fractal de muchas cosas es una historia sobre cómo crecen.
En este caso, los fractales también pueden ayudar a describir cómo el control de la expresión de insulina señala la regulación de la glucosa en la sangre o cómo algo tan duplicado como el cáncer se propaga en el cuerpo y las herramientas adecuadas para detenerlo.
Las matemáticas convencionales no pueden modelar adecuadamente la interacción de múltiples genes en múltiples períodos de tiempo, una base necesaria para cualquier medicamento contra el cáncer. El estudio, publicado en Fronteras en fisiología por Mahboobeh Ghorbani, Edmond Jonckheere y Paul Bogdan, del Departamento de Ingeniería Eléctrica de Ming Hsieh, es el primer estudio que explica la memoria, la dependencia cruzada y la fractalidad de la expresión génica.
La expresión génica es un proceso estrictamente regulado que permite que una célula responda a su entorno cambiante. Permite que la información almacenada en nuestro ADN fluya dentro de un sistema biológico complejo. Sin la expresión génica, una célula no existiría.
Desafortunadamente, según Ghorbani, un candidato a doctorado en el Grupo de Sistemas Físicos Cibernéticos de Bogdan: "Los modelos existentes se basan en ecuaciones no lineales que pueden decirnos qué gen es responsable de una enfermedad en particular, pero no cómo interactúan estos genes".
"El problema con los modelos existentes es que solo ven parte de la red"
Los investigadores sentaron las bases iniciales al detallar las características básicas de estas herramientas matemáticas aún por desarrollar. Ghorbani desarrolló el software para examinar y predecir las interacciones de gen a gen en dos bacterias vivas: E. coli y Saccharomycescerevisiae, comúnmente conocida como levadura de panadería.
Sus hallazgos demuestran no solo que hay memoria en la expresión génica sino también que la expresión génica muestra características de dependencia cruzada de largo alcance y fractales dentro de las interacciones entre genes.
Si el mundo aparece como un fractal, cambiando constantemente en un patrón predecible, es muy probable porque muchos objetos en la naturaleza tienen una estructura fractal por ejemplo, a través de las leyes de potencia. Además, la codependencia puede explicar cómo dos células cancerosas trabajan juntas enun conjunto, pero se matan entre sí, o cómo los científicos pueden diseñar células tumorales para matar a su propio tipo. La memoria nos permite ver el ADN como un programa, un conjunto de instrucciones que se comprueban constantemente entre sí. En otras palabras,nada en nuestra programación de ADN es aleatorio.
"Los modelos matemáticos actuales que existen en las redes reguladoras de genes no satisfacen estas funciones", dijo Bogdan, profesor asistente de sistemas de ingeniería eléctrica.
"Investigar la dinámica de la expresión génica nos permite comprender los mecanismos y patrones que impulsan a los organismos biológicos", dijo Ghorbani. "Este conocimiento nos ayuda desde perspectivas tanto científicas como de ingeniería porque podemos explotarlo para detectar una anomalía o enfermedad. Luego, podemos diseñar células para realizar tareas específicas, como la administración de medicamentos para el tratamiento del cáncer "
Cuando los científicos diseñan una terapia para una enfermedad en particular, no solo pueden tener en cuenta un comportamiento genético particular a la vez, sino cómo interactúa con otros genes en múltiples escalas de tiempo. De lo contrario, terminan tratando solo un defecto localizado.
"Terminamos diciendo: 'desarrollamos un medicamento para combatir este cáncer, pero luego el cáncer encontró otra forma'", dijo Bogdan, citando ejemplos en los que un paciente recibe tratamiento para un tipo de cáncer, pero desarrolla otro tipo de cáncermas tarde.
"Y no porque las células cancerosas hayan migrado o ese cáncer nos haya burlado de alguna manera", dijo. "Es inteligente si no hacemos la pregunta correcta con la herramienta adecuada".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad del Sur de California . Original escrito por Daniel Druhora. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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