La novela de la biología

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Quisiera hablar de la novela de la biología, le comento a Uri Alon, destacado investigador del Instituto Weizmann de Ciencias, ubicado en Israel. Uri es pionero en el campo de la biología de sistemas, un enfoque interdisciplinario que trata de descubrir los principios que gobiernan el funcionamiento dinámico de las redes y los circuitos biológicos desde el nivel celular hasta el plano ecológico. Conversamos sobre esta elaborada narrativa:

Usted dice que las células contienen miles de proteínas, y que esto es similar a una historia complicada con miles de personajes. ¿Cómo lee este libro? Así como en el cine, el teatro y la música existen los llamados leitmotifs, patrones recurrentes, en la biología usted está explorando los network motifs (motivos de red).


En biología tratamos de entender a las millones de células que hay en nuestro cuerpo. Vemos dentro de ellas y encontramos que están hechas de miles de moléculas que interactúan. Esto es tan enredado que la mente humana nunca se ha enfrentado a una historia tan compleja. De hecho, cada una de estas moléculas, de estas proteínas, tiene relaciones con varias otras, y los biólogos usan un lenguaje teatral para entender lo que pasa: “Esta proteína ama a esta proteína y odia a esa proteína”. Así se forman triángulos amorosos.

Usamos este lenguaje para intentar comprender el mundo químico y una historia con mil personajes. Es imposible. Ningún novelista, ni siquiera el mejor, puede darnos un entendimiento real de un pueblo con mil habitantes al mismo tiempo. En nuestro laboratorio lo que buscamos hacer es descubrir dentro de esa gran historia pequeñas historias, de dos, tres o cuatro personajes. Son, como usted dice, leitmotifs que ocurren una y otra vez dentro de ese ‘pueblo’ de mil proteínas. Pero estas son historias importantes, y si las entendemos nos permitirán unir todos los relatos para una buena aproximación. Hemos descubierto que el número de pequeñas historias es, de hecho, muy limitado, y podemos encontrar en la célula patrones recurrentes de interacciones con tres o cuatro proteínas, que ocurren una y otra vez. De este modo creamos el diccionario básico o el idioma para conocer cómo funcionan estas complicadas redes de interacción, con base en patrones simples.

Esto vino de un momento inolvidable para mí. Hace unos 10 años, cuando mi estudiante Shai Shen-Orr y yo tratamos de hacernos una imagen de esta red de miles de interacciones, la dimensión era tan compleja que le pedí que la dibujara en un papel grande como los que usan los arquitectos. Fuimos a su casa a media tarde y abrimos el mapa. Hicieron falta varios meses para hacerlo en una mesa de madera de su sala. Lo miramos y de pronto noté los patrones. Era como si estuviera entrando a la hoja. Salían hacia mí. Fue un momento muy especial porque, cuando los vi, entendí que existe la esperanza de comprender este problema tan complicado, y que estos patrones recurrentes, estos network motifs, son muy hermosos.

Estos patrones están en las bacterias, pero también en los ratones y en los seres humanos. Eso significa que existe algún tipo de programa de computación o software que es muy eficiente, porque se usa a través de toda la naturaleza.

Exactamente. Tras descubrirlos en bacterias, otros grupos buscaron los mismos patrones en diferentes organismos. Fueron encontrados en humanos y ratones, en plantas, en moscas y en gusanos. Se veían como circuitos universales. Parecían ser, como usted dijo, parte del software que opera en cada una de nuestras células. No pensamos en ellos en el día a día, pero en realidad trabajan muy duro para mantenernos saludables tomando las decisiones correctas y, desde luego, por desgracia, cuando esos circuitos fallan las células se dividen mucho o mueren mucho y es cuando tenemos las enfermedades más difíciles.

Cuando pensamos en la medicina del futuro imaginamos que los médicos podrían usar estos network motifs para entender cómo reparar los circuitos dentro de las células. Así como los ingenieros hoy día cuando necesitan reparar un aparato descompuesto abren la plantilla e identifican cuáles componentes hay que reemplazar, esperamos brindar a los futuros médicos un entendimiento básico que permitirá a la medicina ser mucho más precisa para lidiar con células que toman decisiones equivocadas porque sus circuitos no funcionan.

Ver es entender

Uno de sus trabajos tiene que ver con investigar, con espiar lo que sucede dentro de las células cuando son sometidas a quimioterapia. ¿Cómo lo hace y qué mecanismos está encontrando para reparar lo dañado?

Para entender estas redes por primera vez desarrollamos nuevas formas para ver estos cientos de moléculas moverse como células vivas. Es un nuevo mundo: vemos con nuestros propios ojos dónde está cada molécula dentro de la célula, adónde va, con quién habla. Con esta herramienta entendemos, de nuevo por vez primera, cómo responde una célula detalladamente a los medicamentos. Por ejemplo, cuando investigamos las células cancerosas estudiamos fármacos de quimioterapia que tienen el propósito de destruir esas células. Sin embargo, por desgracia, aunque la mayoría de las células mueren, a veces una o dos sobreviven y pueden causar la reincidencia del cáncer. Nos interesa mucho saber cuál es la diferencia entre las células que mueren y las que sobreviven, qué hace que sobrevivan a cierto fármaco, para que así, tal vez, podamos mejorar los medicamentos y reducir el número de células sobrevivientes.

Con nuestro sistema, cuando las células están ante el fármaco, vimos algo que antes era invisible: se dividen en dos poblaciones. Un pequeño número empieza a hacer proteínas especiales de defensa que cubren su ADN y la protegen del fármaco. Esas son las células que sobreviven. Ahora sabemos o tenemos la pista para entender en qué son diferentes, y también encontramos formas de mejorar el fármaco añadiendo un segundo medicamento que previene específicamente ese mecanismo de defensa y potencializa dramáticamente la destrucción de células cancerosas con quimioterapia.

Este es un descubrimiento de laboratorio. Para llevarlo al terreno clínico se requerirá más investigación, pero quizá lo más importante es la capacidad de ver cómo responden las células a los fármacos. Creo que esto tendrá un impacto en el modo en que se desarrollarán los medicamentos en el futuro, porque ver es entender. Esto ha generado mucho interés en las empresas farmacéuticas que trabajan no sólo con medicamentos anticáncer, sino también con fármacos contra virus o contra la diabetes. También existen implicaciones en el campo del envejecimiento, en la investigación para hacer que las células ralenticen sus procesos de declive. Todas estas cuestiones están abiertas a la observación.

Pequeños milagros

Actualmente, ¿qué tiene en mente investigar para descubrir más matices de lo que sucede en esta novela de la biología?

Empezamos a hacer investigaciones sobre las formas de los animales: las aves, los murciélagos o las ballenas, para buscar regularidades y patrones en los organismos que están respondiendo a la ecología. Se trata de pensar en redes, no ya de proteínas dentro de una célula, sino de animales que interactúan, y buscar principios compartidos entre esos mundos. Sería, digamos, ir a una escala mayor de la biología y descubrir que hay algunos temas recurrentes tanto en la célula como al nivel de la ecología. La razón es que los dos evolucionaron en este proceso de selección natural y por lo tanto tienen características en común.

¿Qué significa para usted ver que hay patrones recurrentes?

Para mí significa belleza. Los organismos son distintos pero están unidos por una especie de unidad artística. Es un gran placer ver dentro de algo que parece muy complejo por lo menos una dirección en la que se pueda ver la simplicidad. Esto no significa que el sistema sea simple, significa que se puede contar una historia que captura algo de su esencia. Los patrones son estéticamente muy satisfactorios, y también muy poderosos, pues son como el principio de un hilo a partir del que se puede entender o a veces incluso curar, controlar o modificar una estructura, porque sin estas historias estaríamos perdidos en una complejidad sensorial. Esto una y otra vez me impulsa a hallar una dirección simple dentro de una historia compleja.

Sí, y al final entiende que la belleza cura. Es decir, la belleza tiene un modo de ser traducida a algo que es benéfico para el cuerpo, para curar el cáncer. Esta relación entre belleza y pragmatismo es muy interesante.

Es un pequeño milagro. Esta es la base para la libertad académica, con la que uno tiene la posibilidad de hacer algo que en principio parece no tener ninguna aplicación para el ser humano. Digamos que se está estudiando un caracol, cómo se comunica con los otros caracoles, y resulta que lo hace utilizando un neuropéptido que es muy importante para la investigación de las enfermedades cerebrales. Es un milagro que esta pasión por entender la simplicidad pueda traducirse en cosas útiles.

Tal vez algunas cosas deban ser muy misteriosas. Tal vez nunca entendamos esa conexión, pero hace que esta forma de vida sea mágica en cierto modo.

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