Los científicos en computación modelan la división celular

Podría dar lugar a ideas acerca de cómo los sistemas multicelulares alcanzan la robustez de su comportamiento aparentemente aleatorio.

Los científicos en computación de Harvard han desarrollado un marco para el estudio de la disposición de las redes de los tejidos creados por la división celular a través de un conjunto diverso de organismos, incluyendo moscas de la fruta, los renacuajos y las plantas.

El hallazgo, publicado en la edición de junio de 2009 de la revista PLoS Computational Biology, podría conducir a ideas acerca de cómo los sistemas multicelulares alcanzan la robustez de su comportamiento aparentemente al azar de grupos de células, y proporcionan una guía para los investigadores que buscan artificialmente emular el comportamiento biológico complejo.

"Hemos desarrollado un modelo que nos permite estudiar las topologías de los tejidos, y cómo se conectan entre sí las celulas, y entender cómo la conectividad de red que se crea a través de generaciones de la división celular", dice el autor principal del Radhika Nagpal, profesor auxiliar de ciencias de la computación en de la Escuela de Harvard de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) y miembro del claustro de profesores del Instituto de Ingeniería Wyss biológicamente inspirado. "Teniendo en cuenta una estrategia de división celular, incluso si las células se dividen al azar, es muy previsible que esta característica propia de las celulas se manifiesten al nivel de los tejidos".

El uso de su modelo computacional, Nagpal y sus colaboradores demostraron que la regularidad de los tejidos, tales como el porcentaje de hexágonos y la forma general de la celda de distribución, puede actuar como un indicador para inferir las propiedades sobre el mecanismo de división celular en sí. En los tejidos epiteliales de los organismos en crecimiento, de moscas de la fruta a seres humanos, la capacidad para hacer frente a menudo a variaciones impredecibles (se refiere a la robustez) es fundamental para el desarrollo normal. El rápido crecimiento, lo que implica grandes cantidades de la división celular, debe ser equilibrada con la regulación adecuada de los tejidos en general y la arquitectura de órganos.

"Incluso con modernos métodos de imagen, podemos rara vez " pedir "a la célula cómo decidirá de qué manera podrá dividirse. La herramienta informática nos permite generar y eliminar la hipótesis sobre la división celular. Examinar el tejido final obtenido nos da una idea de ¿Qué proceso de ensamblaje se utilizan ", explica Nagpal.

El modelo también arroja luz sobre un descubrimiento anterior realizado por el equipo: que la proliferación de los epitelios desde los de las plantas a las ranas, muestran una distribución casi idéntica a la forma de la célula. Si bien las razones no son claras, los autores sugieren que la alta regularidad observada en la naturaleza requiere una fuerte correlación entre la manera de cómo se dividen las células vecinas. Mientras que las plantas y moscas de la fruta, por ejemplo, parecen haber conservado la distribución de la forma celualr, los dos organismos tienen, basada en la evidencia computacional y experimental, han evolucionado de distintas maneras para lograr un patrón.

"En última instancia, el trabajo ofrece un hermoso ejemplo de la manera en que la evolución biológica pueden tomar ventaja de los procesos locales y muy a menudo al azar para crear sistemas robustos a gran escala. Las células reaccionan al contexto local, pero aún así crean organismos con increible previsibilidad a gran escala", dice Nagpal.

En el futuro, el equipo planea usar su enfoque para detectar y estudiar varias mutaciones que afectan negativamente el proceso de división celular en los tejidos epiteliales. Los tejidos epiteliales son comunes en los animales y forma estructuras importantes en los seres humanos como la piel para el revestimiento interior de los órganos. Las desviaciones de la división normal pueden resultar en un crecimiento anormal durante el desarrollo temprano y la formación de cánceres en adultos.

"Un día podemos ser capaces de utilizar nuestro modelo para ayudar a los investigadores a comprender otros tipos de redes celulares naturales, desde tejidos a formaciones de grietas geológicas, y, por el que se inspira en la biología, el diseño de las redes informáticas más robustas", agrega Nagpal.

Colaboradores Nagpal incluyó Ankit B. Patel y William T. Gibson, tanto en la Universidad de Harvard, y Matthew C. Gibson en Stowers Institute.

Fuente:www.harvardscience.harvard.edu
Traducción: Ing.Javier Vivas