{"id":90099,"date":"2010-12-01T00:00:00","date_gmt":"2010-12-01T00:00:00","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/2010\/12\/01\/las-ecuaciones-de-la-vida\/"},"modified":"2017-02-15T17:20:38","modified_gmt":"2017-02-15T19:20:38","slug":"las-ecuaciones-de-la-vida","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/las-ecuaciones-de-la-vida\/","title":{"rendered":"Las ecuaciones de la vida"},"content":{"rendered":"

\"\"ELIZABETH PAPADOPOULOS \/ GETTYIMAGES \/ PASIEKA \/ SCIENCE PHOTO LIBRARY \/ SPL DC \/ LATINSTOCK<\/span>La explicaci\u00f3n de los fen\u00f3menos de la naturaleza mediante ecuaciones matem\u00e1ticas es una tarea rutinaria y que ya est\u00e1 incorporada a los estudios de la f\u00edsica, la qu\u00edmica y la propia matem\u00e1tica. La biolog\u00eda, en tanto, tiene un historial menor en ese sentido. Esa relaci\u00f3n es seguida de cerca por varios grupos de estudio de Europa y Estados Unidos, que buscan una vinculaci\u00f3n de los genomas de los seres vivos con las estructuras matem\u00e1ticas, con el objetivo comprender mejor la formaci\u00f3n de la vida en el planeta. Pero la delantera a la hora de hallar ese v\u00ednculo le cupo a un grupo de investigadores de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp) y de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP) que encontraron una relaci\u00f3n matem\u00e1tica entre un c\u00f3digo num\u00e9rico y la secuencia del ADN, el \u00e1cido desoxirribonucleico, que carga los genes dentro de las c\u00e9lulas. Otros investigadores hab\u00edan sugerido anteriormente esa relaci\u00f3n, pero no hab\u00edan logrado probarla. Los brasile\u00f1os descubrieron que las bases nitrogenadas timina (T), guanina (G), citosina (C) y adenina (A) se organizan de acuerdo con una l\u00f3gica num\u00e9rica. “La distribuci\u00f3n de esas bases posee un c\u00f3digo matem\u00e1tico que prevaleci\u00f3 en el transcurso de la evoluci\u00f3n de los seres vivos”, dice el profesor M\u00e1rcio de Castro Silva Filho, de la Escuela Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, de la USP. “Descubrimos que una prote\u00edna, al perder la funci\u00f3n biol\u00f3gica debido a una mutaci\u00f3n, por ejemplo, deja de ser representada por una estructura matem\u00e1tica”, dice Silva Filho, uno de los coordinadores del grupo.<\/p>\n

Los investigadores no desarrollaron un c\u00f3digo nuevo para explicar la secuencia de ADN. Verificaron que existe una relaci\u00f3n entre ciertas secuencias de ADN con el c\u00f3digo corrector de errores (ECC, sigla de error-correcting code<\/em>), que corresponde a ecuaciones matem\u00e1ticas utilizadas en todo proceso digital, y es empleado en sistemas de comunicaci\u00f3n y de telecomunicaciones, en memorias de computadoras y memorias flash de pen drives <\/em>para corregir ruidos o defectos que surgen en las transmisiones. El c\u00f3digo tambi\u00e9n es conocido con las letras BCH, que son las iniciales de sus descubridores \u2013los indios Raj Chandra Bose y Dwijendra Kumar Ray-Chaudhuri y el franc\u00e9s Alexis Hocquenghem\u2013, y no solamente detecta el error sino que tambi\u00e9n efect\u00faa la correcci\u00f3n. La atribuci\u00f3n de la asociaci\u00f3n de c\u00f3digos de correcci\u00f3n de errores a las secuencias de ADN no es nueva. Es objeto de investigaci\u00f3n desde la d\u00e9cada de 1980, y uno de los principales estudiosos del tema es el profesor Hubert Yockey, quien trabaj\u00f3 en la Universidad de California en Berkeley, Estados Unidos, y public\u00f3 dos libros: Information theory and molecular biology<\/em>, en 1992, e Information theory, evolution, and the origin of life<\/em>, en 2005, ambos editados por la Cambrigde University Press. Otro investigador del \u00e1rea es G\u00e9rard Battail, docente jubilado de la Escuela Nacional Superior de Telecomunicaciones de Francia, que ha escrito art\u00edculos en los cuales plantea la relaci\u00f3n entre c\u00f3digo el corrector de errores y el genoma. Ellos han demostrado el proceso y postulado hip\u00f3tesis, pero\u00a0 no hab\u00edan exhibido las relaciones matem\u00e1ticas con el ADN. Los brasile\u00f1os lograron establecer esa relaci\u00f3n en las secuencias del \u00e1cido ribonucleico mensajero (ARNm) generadores de las prote\u00ednas.<\/p>\n

“Al conocer la estructura matem\u00e1tica de la prote\u00edna es posible alterar el orden de las bases y tambi\u00e9n corregir las mutaciones o errores que puedan ocurrir para volver a la condici\u00f3n normal de una prote\u00edna”, dice el profesor.<\/p>\n

Un problema molecular<\/strong>
\nLa capacidad de corregir una mutaci\u00f3n o un error celular podr\u00eda en el futuro valerse de una soluci\u00f3n matem\u00e1tica para actuar sobre la falta de producci\u00f3n de insulina de las c\u00e9lulas del p\u00e1ncreas, por ejemplo, corrigiendo errores en un gen espec\u00edfico. “Ser\u00eda posible detectar la estructura matem\u00e1tica de las mutaciones y en d\u00f3nde sucedieron las mismas, y quiz\u00e1 corregir ese problema molecular para que el organismo vuelva a producir insulina, revertiendo las estructuras anteriores. Otra posibilidad ser\u00eda fabricar prote\u00ednas con base en el c\u00f3digo matem\u00e1tico o incluso para encontrar prote\u00ednas no conocidas existentes en las c\u00e9lulas”, dice el profesor Reginaldo Palazzo J\u00fanior, de la Facultad de Ingenier\u00eda El\u00e9ctrica y de Computaci\u00f3n (Feec) de la Unicamp, otro coordinador del grupo. “La correcci\u00f3n o la forma de revertir el error en las c\u00e9lulas ocurre de la misma manera que en un disco r\u00edgido (HD), que tiene un sector da\u00f1ado y el ECC reconstituye las informaciones.”<\/p>\n

Con tantas posibilidades de uso en la industria, m\u00e1s all\u00e1 del significado cient\u00edfico importante del descubrimiento, los investigadores resolvieron, antes de publicar la novedad en peri\u00f3dicos cient\u00edficos, depositar una patente internacional por el Tratado de Cooperaci\u00f3n en Patentes (PCT, por sus siglas en ingl\u00e9s) en diversos pa\u00edses, y otra en Estados Unidos, con financiamiento de la FAPESP y gesti\u00f3n de la Agencia de Innovaci\u00f3n de la Unicamp y de la Agencia USP de Innovaci\u00f3n. Los laboratorios del mundo podr\u00e1n usar, en caso de que licencien la patente, las estructuras matem\u00e1ticas que el grupo descubri\u00f3, posiblemente bajo la forma de un software, para probar prote\u00ednas en una amplia gama de productos. “Estas informaciones son importantes para desarrollar vacunas, medicamentos o prote\u00ednas para la elaboraci\u00f3n de quesos y enjuagues de ropa, por ejemplo”, dice el profesor Silva Filho. Actualmente se efect\u00faa una alteraci\u00f3n en la secuencia de ADN que codifica una prote\u00edna y despu\u00e9s se realizan las pruebas de laboratorio para verificar la eficacia de la reacci\u00f3n en un experimento de ensayo y error. Con las ecuaciones matem\u00e1ticas ser\u00e1 posible verificar la afinidad y la estabilidad de la prote\u00edna en un trabajo preliminar tendiente a verificar mutaciones y, posteriormente, chequearlas a partir de experimentos de laboratorio, a los efectos de confirmar si la mutaci\u00f3n en la secuencia de ADN dio el resultado esperado. “Si la estructura matem\u00e1tica no se mantiene, la alteraci\u00f3n no se efectivizar\u00e1 y no producir\u00e1n los resultados esperados.”<\/p>\n

El descubrimiento de la existencia de un c\u00f3digo matem\u00e1tico que transcribe la secuencia de ADN sucedi\u00f3 casi por casualidad y comenz\u00f3 cuando el profesor Palazzo les sugiri\u00f3 un audaz objetivo a dos alumnas de doctorado, Luzinete Cristina Bonani Faria y Andrea Santos Leite da Rocha, a quienes dirige en la Feec y que se recibieron en la Pontificia Universidad Cat\u00f3lica de Campinas (Puccamp), con maestr\u00edas realizadas en la Unicamp. Deber\u00edan buscar informaciones que transitan dentro de una c\u00e9lula. “Dentro de la mitocondria, un \u00f3rgano encargado de la respiraci\u00f3n celular, existen mol\u00e9culas de ADN cuya funci\u00f3n es sintetizar ciertas sustancias, pero la mitocondria no tiene todas las prote\u00ednas y debe por ello solicitar prote\u00ednas extras producidas por genes ubicados en el n\u00facleo, de manera tal de realizar las funciones en la organela. En ese caso, para los matem\u00e1ticos, la prote\u00edna es informaci\u00f3n y existe un c\u00f3digo patr\u00f3n para transmitirla”, explica el profesor Palazzo. El modelo presentado por los investigadores brasile\u00f1os se ajusta a cualquier secuencia de ADN productora de prote\u00ednas dentro de la c\u00e9lula.<\/p>\n

Palazzo es un experto en la llamada teor\u00eda matem\u00e1tica de la comunicaci\u00f3n, un \u00e1rea de estudio que investiga la transmisi\u00f3n de todo tipo de informaci\u00f3n y sus c\u00f3digos. Tambi\u00e9n llamada teor\u00eda de los c\u00f3digos, la misma analiza las formas de transmisi\u00f3n independientemente del significado. De este modo, no importa la palabra que se transmite, sino como \u00e9sta es enviada desde un emisor A hasta un receptor B, dentro de un contexto matem\u00e1tico. “Esta teor\u00eda fue postulada por Claude Shannon [matem\u00e1tico e ingeniero electr\u00f3nico norteamericano] en 1948”, recuerda Palazzo.<\/p>\n

Para el estudio de Andrea y Luzinete, Palazzo sugiri\u00f3 que ellas consultasen inicialmente a los profesores de la Unicamp, del \u00e1rea de la Facultad de Ciencias M\u00e9dicas (FCM), para encontrar componentes biol\u00f3gicos y profundizar en el tema. Al cabo de muchas b\u00fasquedas, escucharon la sugerencia del profesor Anibal Vercesi, de la FCM, para consultar al profesor M\u00e1rcio de Castro Silva Filho, de la Esalq. “Fuimos a conversar con \u00e9l y establecimos una uni\u00f3n de intereses”, dice Palazzo. “Dimos inicio a un di\u00e1logo teniendo de un lado a los matem\u00e1ticos y a un ingeniero el\u00e9ctrico, y del otro estaba yo, un genetista especializado en transporte de prote\u00ednas”, recuerda Silva Filho.<\/p>\n

La primera muestra de ADN investigada por las investigadoras de la Unicamp fue de la Arabidopsis thaliana<\/em>, una planta de la familia de la mostaza, que sirve de modelo para estudios gen\u00f3micos. A partir de all\u00ed, ellas trabajaron durante seis meses. “Empezaron a probar varios elementos matem\u00e1ticos para intentar encontrar alguna sistematizaci\u00f3n con relaci\u00f3n al genoma”, explica Palazzo, que cont\u00f3 tambi\u00e9n con la colaboraci\u00f3n en el estudio del ingeniero de computaci\u00f3n Jo\u00e3o Henrique Kleinschmidt, ex alumno de doctorado y actual docente de la Universidad Federal del ABC, con sede en Santo Andr\u00e9, en la Regi\u00f3n Metropolitana de S\u00e3o Paulo. “Un d\u00eda ellas me llamaron a la Unicamp y me mostraron los resultados. Cuando me di cuenta lo que era me qued\u00e9 mudo. Pens\u00e9 que fuese una coincidencia y pasamos a repetir el trabajo usando otros genomas, el del hombre, el de bacterias, hongos y plantas. Descubrimos que es un proceso universal”, comenta Silva Filho.<\/p>\n

Para entender el lenguaje
\n<\/strong>Al final de 2009, enviaron un art\u00edculo a las revistas Nature <\/em>y Science<\/em>, pero ambas lo rechazaron diciendo que era algo muy espec\u00edfico. “Creo que no entendieron el lenguaje matem\u00e1tico del paper<\/em>“, dice Silva Filho. “Esto forma parte de la dificultad de la charla entre bi\u00f3logos, ingenieros, m\u00e9dico, etc.”, dice Palazzo. Entonces resolvieron enviarlo a la revista Electronics Letters<\/em>, que en tres semanas acept\u00f3 el trabajo y lo eligi\u00f3 como el mejor art\u00edculo de febrero de este a\u00f1o, poni\u00e9ndolo en la tapa del mismo mes. Y ellos empezaron a mostrar el estudio en congresos internacionales de teor\u00eda de la informaci\u00f3nm, y presentar\u00e1n nuevos\u00a0 resultados con informaciones m\u00e1s detalladas y con otras herramientas matem\u00e1ticas. En el art\u00edculo de Electronics Letters<\/em>, “DNA sequences generated by BCH codes over GF(4)”, o “Secuencias de ADN generadas con el c\u00f3digo BCH sobre GF(4)”, presentaron una parte del trabajo utilizando la estructura matem\u00e1tica llamada cuerpo algebraico de Galois, mientras que nuevos\u00a0 resultados emplean la estructura de anillo de Galois. En una simplificaci\u00f3n, podr\u00edamos decir que en relaci\u00f3n al cuerpo el producto de dos n\u00fameros distinto de cero resulta en un n\u00famero distinto de cero, mientras que en la estructura de anillo el producto puede ser cero. Para los matem\u00e1ticos eso marca una gran diferencia en la presentaci\u00f3n de los resultados. Hasta ahora han presentado solamente los resultados en cuerpo.<\/p>\n

El logro de los investigadores brasile\u00f1os constituye una soluci\u00f3n importante y una novedad para la biolog\u00eda, que as\u00ed da inicio una nueva fase en que los fen\u00f3menos que estudia pasan a ser analizados mediante m\u00e9todos cuantitativos. “En 1999, la Academia Real de Suecia apunt\u00f3 que uno de los avances de la ciencia en el nuevo siglo ser\u00eda la incorporaci\u00f3n mayor de la matem\u00e1tica a los estudios de la biolog\u00eda”, recuerda Silva Filho. Pero, para ello, tanto los investigadores brasile\u00f1os como Battail y Yockey coinciden en que se requiere un mayor di\u00e1logo entre bi\u00f3logos, matem\u00e1ticos e ingenieros electr\u00f3nicos. “Como ingeniero, estoy convencido de que la teor\u00eda de la informaci\u00f3n constituye una herramienta adecuada para el intercambio con la biolog\u00eda molecular”, escribi\u00f3 Battail en una presentaci\u00f3n del libro de Yockey en 2006. “A\u00fan estamos lejos de una interdisciplinariedad que haga posible el di\u00e1logo entre \u00e1reas en proyectos de este tipo. Pero hemos dado un importante paso”, dice el profesor Palazzo.<\/p>\n

El proyecto
\n<\/strong>C\u00f3digo matem\u00e1tico de generaci\u00f3n y decodificaci\u00f3n de secuencia de ADN y prote\u00ednas: utilizaci\u00f3n en la identificaci\u00f3n de ligantes y receptores (n\u00b0 2008\/04992-0<\/a>);\u00a0Modalidad\u00a0<\/strong>Programa de Apoyo a la Propiedad Intelectual (Papi);\u00a0Coordinador\u00a0<\/strong>M\u00e1rcio de Castro Silva Filho \u2013 USP; Inversi\u00f3n\u00a0<\/strong>R$ 13.200,00 y US$ 20.000,00 (FAPESP)<\/p>\n

Art\u00edculo cient\u00edfico
\n<\/em>FARIA, L.C.B., et al<\/em>. DNA sequences generated by BCH codesover GF(4)<\/a>. Electronics Letters<\/strong>. v. 46, n. 3, p. 202-03. fev. 2010.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"La misma estructura de c\u00f3digos une secuencias de ADN y comunicaci\u00f3n digital","protected":false},"author":10,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[306,1169,333],"coauthors":[97],"class_list":["post-90099","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es","tag-genetica-es","tag-matematica-es","tag-tecnologia-de-la-informacion"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/90099","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/10"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=90099"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/90099\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=90099"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=90099"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=90099"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=90099"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}