• Por primera vez, un integrante
de la comunidad científica mexicana obtiene la subvención,
que antes han logrado siete premios Nobel y seis ganadores de la
Medalla Fields
• Con Chelsea Spetch, de Berkeley, la académica del
Instituto de Ecología de la UNAM profundizará estudios
teóricos, experimentales y evolutivos sobre las redes de
regulación genética, responsables de la diferenciación
celular
Elena Álvarez Buylla, académica
del Instituto de Ecología (IE) de la UNAM, fue distinguida
con la beca para investigadores visitantes que otorga el Instituto
Miller para la Investigación Básica en Ciencia, de la
Universidad de California en Berkeley.
Es la primera vez que la llamada Beca Miller
se otorga a un integrante de la comunidad científica mexicana,
una distinción que han recibido solamente dos latinoamericanos,
además de siete premios Nobel y seis ganadores de la Medalla
Fields.
El Instituto Miller (que honra el apellido
de la familia que lo financia) promueve ciencia básica de alto
nivel en el mundo, en colaboración con académicos de
Berkeley. Cada año abre una convocatoria mundial para que investigadores
de esa universidad propongan a colegas que tienen los méritos
académicos para participar.
“Me propuso un grupo del Departamento
de Biología Molecular de Plantas y Microorganismos, y del Departamento
de Biología Integrativa, y conté con apoyos de colegas
del Reino Unido y del Instituto Tecnológico de California (Caltech)”,
comentó en entrevista la bióloga y doctora en Ciencias.
Con esa nominación se hizo una solicitud
para la subvención, que Álvarez Buylla completó
con una propuesta de estudio a desarrollar con Chelsea Spetch, del
Departamento de Biología Molecular de Plantas y Microorganismos
de Berkeley.
Redes de regulación genética
La investigación que Álvarez
Buylla desarrollará durante un año en la Universidad
de California en Berkeley (aprovechando un año sabático
en la UNAM) integra enfoques teóricos con novedosas técnicas
de biología molecular para transformar especies vegetales que
actualmente no son modelos experimentales, con el objetivo de analizar
los mecanismos de desarrollo celular y su evolución.
“Combinaremos los sistemas experimentales
que Chelsea Spetch tiene, con los que hemos montado en la UNAM; integraremos
lo que hemos aprendido de la morfogénesis floral de una especie
que es endémica de México, Lacandonia schismatica,
que crece en la selva Lacandona con un arreglo floral único,
y estudios hechos en la especie experimental modelo Arabidopsis
thaliana”, detalló.
Líder mundial en el desarrollo de
modelos de redes complejas de regulación genética para
entender la diferenciación celular y la morfogénesis,
ampliará un trabajo multidisciplinario que combina biología
molecular, física, matemáticas y cómputo de alto
rendimiento, desarrollado en el Centro de Ciencias de la Complejidad
(C3) de esta casa de estudios.
“Se trata de analizar las redes que
subyacen tras el desarrollo, el balance entre la diferenciación
y la proliferación celular, que al romperse da lugar a malformaciones
y patologías como el cáncer. Esas redes de regulación
son también responsables de mantener a las células troncales
(células madre)”, explicó.
Su investigación aborda aspectos fundamentales
sobre cómo se regula la diferenciación celular y cómo
ocurre la morfogénesis normal de un organismo, sea planta o
animal.
“Estudiar estas cuestiones en animales
y humanos es casi imposible, pero las plantas son sistemas experimentales
útiles para entender aspectos genéricos de la regulación
genética y molecular de la diferenciación celular y
cómo se mantiene el balance entre la diferenciación
y la proliferación durante la morfogénesis”, añadió.
Modelos integrativos dinámicos y mapeos
Álvarez Buylla aborda su investigación
mediante modelos integrativos dinámicos que se pueden validar
experimentalmente con apoyo de otras disciplinas.
Con el cúmulo de datos que existen
al respecto, las herramientas computacionales y matemáticas
son fundamentales para integrar y entender la acción concertada
de muchos genes interactuantes. Una vez que tenemos arquitecturas
de interacciones basadas en datos experimentales, hacemos simulaciones
o mapeos dinámicos para entender cómo se llega a las
combinaciones de actividades genéticas que caracterizan a distintos
tipos celulares.
“El eje de mi trabajo en Berkeley tiene
que ver con seguir con el desarrollo de estas propuestas de análisis
sistémico, integrativo, con una perspectiva de los sistemas
complejos de la diferenciación celular y la morfogénesis,
y a la vez, ponerlo a prueba en sistemas de estudio vegetales como
Arabidopsis y Lacandonia, para entender cómo
funcionan estos mecanismos a nivel molecular y cómo se han
modificado a lo largo de la evolución”, precisó.
La científica se centra en plantear
redes para sistemas experimentales modelo y, con ellas, mapear qué
cambios genéticos pueden ser necesarios y/o suficientes para
dar lugar a morfogénesis alteradas, como ocurre en el cáncer.
“Estos estudios en un contexto comparativo
nos dan pistas también para entender la evolución fenotípica
de los organismos”.
De lo lineal a lo complejo
Muchos estudios anteriores para entender
procesos celulares se centraron en la función de genes particulares
o en cascadas de activación de los genes o proteínas
con base en modelos lineales. Este tipo de análisis fueron
instrumentales para generar muchos datos, pero ahora ya no es suficiente
este enfoque, y Álvarez Buylla ensaya con uno de sistemas complejos,
centrado en las redes genéticas.
“Antes pensábamos de manera
reduccionista, mecanicista, y lineal, pero ahora sabemos que es en
estas redes integradas en donde las interacciones son muy importantes,
lo que da lugar a comportamientos emergentes a niveles de organización
superior, como ocurre durante la diferenciación celular y la
formación de los patrones celulares (morfogénesis),
que son los objetos de nuestro estudio”, dijo.
Su trabajo se basa en proponer algoritmos
matemáticos para modelar el mapeo dinámico de la expresión
de los genes en redes relativamente pequeñas bien caracterizadas.
Así, en vez de un gen, incluye grupos de 15 a más de
30 elementos.
“Aún son redes pequeñas
si las comparamos con las que regulan el desarrollo, pero ya tienen
comportamientos muy complejos y características como la robustez
y la plasticidad que caracterizan a muchos procesos biológicos”,
señaló.
Módulos interconectados
Las redes genómicas están subdivididas
en subredes o módulos internamente muy interconectados.
“A nivel dinámico tienen independencia
del resto de los módulos. Los que hemos descrito son los que
parecen conjuntar el número suficiente de nodos, genes, proteínas
e interacciones para explicar los procesos de diferenciación
celular bajo estudio, o de mantenimiento de las células troncales”,
indicó.
Hasta ahora, Álvarez Buylla y sus colaboradores han descubierto
módulos para la diferenciación celular con el uso de
distintos sistemas como el desarrollo floral, el mantenimiento de
las células troncales y la subdiferenciación de las
células epidérmicas.
“Todavía hay mucho trabajo por
hacer para entender cómo se ensamblan, cómo mantienen
su funcionalidad, cuántos módulos redundantes son necesarios
para dar comportamientos robustos y a la vez plásticos durante
el desarrollo, y qué tipo de alteraciones son necesarias y
suficientes para, por ejemplo, desorganizar los tejidos y que aparezcan
tumoraciones,”, finalizó.
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