Bacterias para entender la economía? Científicos de Israel modelan una célula bacteriana como una economía que conduce a una nueva comprensión unificada de los factores que determinan su crecimiento.
Un grupo de investigación de Israel dirigido por el Dr. Rami Pugatch ha adoptado una perspectiva de ingeniería inversa para hacer descubrimientos en biología de sistemas.
Su proyecto de investigación en curso, «la célula como economía», busca comprender cómo las células bacterianas gestionan su auto-reproducción, asignan recursos y mitigan el riesgo.
Al estudiar la fisiología celular, el objetivo es aplicar ingeniería inversa a los criterios de optimización que surgieron evolutivamente.
Sus hallazgos se acaban de publicar en la prestigiosa revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
“Piense en una bacteria como una economía que produce todas sus máquinas utilizando una impresora 3D gigante (la maquinaria de transcripción-traducción), que también puede imprimir copias de sí misma.
Con este modelo, puede idear leyes que expliquen el crecimiento de este tipo único de economía a través del modelo input-output a-la Leontief y la teoría de redes autocatalíticas ”, explica el Dr. Pugatch.
Durante más de 100 años, los biólogos han estado estudiando la pregunta: qué determina la tasa de crecimiento celular en un entorno determinado?
Los economistas se han estado planteando una pregunta similar, a saber: cuáles son los factores que determinan el crecimiento económico?
Ambas preguntas son de gran relevancia para la sociedad.
Comprender los factores que determinan el crecimiento bacteriano es importante para desarrollar mejores agentes anti-bacterianos en una era en la que la eficacia de los antibióticos se está deteriorando a un ritmo alarmante.
De manera similar, comprender los factores que determinan el crecimiento de una economía es importante para controlar mejor el crecimiento y la estabilidad. Con esto, combatir la pobreza y la desigualdad en la distribución de la riqueza y evitar colapsos económicos, inflación y altas tasas de desempleo.
Antes de esta investigación, una conocida «ley de crecimiento bacteriano» atribuía el crecimiento de bacterias a la fracción de ribosomas implicados en la síntesis de más ribosomas multiplicado por la tasa de síntesis de los ribosomas.
Si bien esta ley fenomenológica se demostró experimentalmente que es válida en una variedad impresionante de Circunstancias biológicas, inexplicablemente, algunos casos no parecían seguirlo.
Además, los intentos teóricos de explicar los éxitos de la ley requerían la suposición de que la célula asigna de manera óptima sus recursos, lo que generó escepticismo.
Ahora, utilizando su perspectiva innovadora, el Dr. Pugatch y su equipo, pudieron derivar tipos nuevos y conocidos de leyes de crecimiento y discutir su validez.
Significativamente, también explicaron los casos observados en los que la conocida ley fenomenológica del crecimiento del ribosoma parece fallar y derivarla de los primeros principios sin la suposición de la optimalidad.
En lugar de centrarse en un aspecto, aunque importante, de las bacterias, a saber, la síntesis de proteínas por los ribosomas, el Dr. Pugatch y su equipo dieron un paso atrás y modelaron la célula completa como una economía en crecimiento, utilizando un formalismo conocido como modelo input-output de Leontif.
Este modelo, desarrollado por el economista premio Nobel W. Leontief en la década de 1950 para comprender el crecimiento económico, divide la economía en sectores.
Para asegurar un crecimiento sostenido, cada sector produce bienes que son requeridos por todos los demás sectores, incluido el auto-consumo.
El modelo fue adaptado a las bacterias, que tiene un sector único de maquinaria de “transcripción-traducción”, capaz de sintetizar todas las máquinas requeridas por todos los demás sectores y, significativamente, también capaz de autorreplicarse, dadas las instrucciones (ADN) y materias primas (metabolitos).
La maquinaria de transcripción-traducción puede verse como una «máquina von-Neuman», una máquina concebida por Von Neuman, un destacado científico del siglo XX con importantes contribuciones a las matemáticas, la física, la economía, la informática y la biología.
Una máquina von-Neuman es un constructor universal capaz de fabricar cualquier máquina, incluyéndose a sí misma, con las instrucciones adecuadas y con suficiente materia prima y energía.
Todos los organismos unicelulares auto-replicantes tienen dicha maquinaria.
Este hecho explica por qué los hallazgos de la investigación abarcan todo.
Al comparar un organismo vivo con una economía en crecimiento, el Dr. Pugatch y su equipo también pudieron derivar leyes matemáticas que explican cómo el crecimiento se ve afectado por la temperatura o por la presencia de agentes anti-bacterianos.
