Entre una generación y otra, las bacterias generan mecanismos para defenderse de los antibióticos que los humanos han desarrollado para destruirlas y prevenir enfermedades.
Uno de ellos es la generación de minúsculas bombas que se anclan en la membrana y expulsan del interior celular al medicamento. Estos procesos, que se transmiten (o heredan) de la célula madre a las hijas, constituye un mecanismo de defensa que hace que las bacterias nazcan resistentes a los antibióticos.
“Ese mecanismo es como si dichos microorganismos vomitaran”, resumió Maximino Aldana González, investigador del Instituto de Ciencias Físicas (ICF) de la UNAM.
Estudioso de las propiedades dinámicas de los sistemas complejos, el doctor en física y secretario Académico del ICF ha llegado a estas conclusiones tras abordar, desde la física no lineal, los procesos biológicos que realizan las bacterias para sobrevivir ante la presencia de diversos tipos de fármacos.
En el campus Morelos de la UNAM, Aldana interpreta con ecuaciones, simulaciones y cómputo de alto rendimiento datos experimentales de grandes grupos de bacterias que le comparte un colega de la Universidad de Harvard.
Desde su singular abordaje, el físico ha encontrado el mecanismo desarrollado por el sistema de bacterias para defenderse y la forma en que lo replican sus descendientes, quienes parecen “aprender” la lección de lucha contra los fármacos.
Esos microorganismos se reproducen un millón de veces más rápido que los humanos y son sensibles a estímulos externos, por eso han ganado la batalla contra los medicamentos, al producir generaciones cada vez más resistentes.
Complejidad contra reduccionismo
Por años, la ciencia se basó en el paradigma reduccionista, al estudiar las partes de los sistemas con la esperanza de entender cómo funciona el sistema completo, recordó Aldana.
“El ejemplo que ilustra este paradigma y su fallo es el cerebro, del que se conocen a detalle muchos mecanismos de las neuronas, pero poco se sabe de su funcionamiento integral”, dijo.
El reduccionismo no resulta bien para los sistemas complejos y es insuficiente al poner mil millones de neuronas juntas para entender un sistema autónomo como el cerebral, capaz de generar el pensamiento abstracto y la creatividad.
“Esa forma de estudio que analiza las partes para entender el todo no ayuda a comprender los sistemas interconectados, por eso hoy el reduccionismo, que orientó buena parte de la ciencia en épocas pasadas, falla para entender sistemas compuestos de muchas partes que interactúan de forma complicada”, destacó.
En contraste con esa perspectiva, desde la segunda mitad del siglo XX se ha impulsado el estudio de los sistemas complejos, una rama de la física con herramientas para explicar fenómenos de la biología, la economía y la sociedad.
“Se caracterizan por buscar una descripción y explicación completa del sistema, no sólo de sus partes. Más que a lo complicado (que lo es), el concepto se refiere al parecido con un complejo industrial, integrado por muchas partes que interaccionan entre sí de una forma no lineal, en la que no podemos predecir cuál será el efecto de esa interacción”, apuntó.
Mientras en la linealidad una pequeña perturbación del sistema causa una leve transformación del resultado, que será del doble si la modificación inicial se duplica, en la complejidad una ligera perturbación puede generar un cambio gigantesco, como una célula que muta en su ADN, ejemplificó.
“Una solo cambio celular puede causar una enfermedad tan grave como la anemia falciforme, que impide a los humanos capturar el oxígeno y sobrevivir; pero en otros casos una o dos mutaciones pueden no ser significativas para el sistema en su conjunto”.
Otra característica de los sistemas complejos son los fenómenos emergentes, que no prevalecen en cada parte, sólo en el colectivo. “No hay inteligencia en una neurona, es una propiedad que surgió de todo el sistema cerebral y la podemos entender al estudiar el sistema completo”, recalcó.
Las propiedades emergentes explican fenómenos complejos como la vida o la enfermedad, que afectan a todo el sistema, insistió.
Bacterias que afectan en México
Desde la dinámica de los sistemas complejos, que son abiertos e interactúan con su entorno, del que reciben señales externas, Aldana aborda a las bacterias y su resistencia a los medicamentos. “Queremos entender sus propiedades estructurales y dinámicas, cómo responden a este estímulo externo de los fármacos”.
Entre sus logros, ha encontrado que heredan a sus descendientes información epigenética, es decir, características logradas durante el desarrollo, algo que los mamíferos y otras especies llamadas “superiores” no pueden hacer.
Con datos experimentales de 100 mil células bacterianas, el investigador del ICF simula estos comportamientos para analizar cuántos microorganismos sobreviven y cuántos mueren ante un ataque antibiótico.
“Son hasta mil veces más resistentes que las bacterias normales, ahora nos interesa iniciar estudios de la dinámica de las que más afectan a la población mexicana”, adelantó.
Para ello, se pretende iniciar un trabajo conjunto con el Instituto Nacional de Salud Pública, a fin de obtener datos experimentales que luego se puedan analizar en simulaciones.
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