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» » » Nueva aplicación de herramientas de física en biología

Referencia: ScienceDaily.com .
por Anne M Stark, 7 de febrero 2014

Un físico del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, y sus colegas, han encontrado una nueva aplicación para las herramientas y las matemáticas se utilizan normalmente en la física para ayudar a resolver problemas de biología .

En concreto, el equipo utilizó la mecánica estadística y la modelización matemática para arrojar luz sobre algo que se conoce como memoria epigenética, la forma en que un organismo puede crear una memoria biológica de alguna condición variable, tal como la calidad de la nutrición o de la temperatura.

"El trabajo pone de manifiesto el carácter interdisciplinario de la biología molecular moderna, en particular, en cómo los modelos matemáticos y de la física pueden ayudar a aclarar problemas de la biología", aseveraba Ken Kim, físico de LLNL y uno de los autores del artículo publicado el 7 de febrero en Physical Review Letters.

No todas las características de los organismos vivos pueden explicarse sólo por sus genes. Los procesos epigenéticos reaccionan con gran sensibilidad al entorno inmediatos bioquímicos de los genes, es más, pasan dichas reacciones a la siguiente generación.

El estudio del equipo sobre la dinámica de la modificación histórica de las proteínas es central en la epigenética. Igual que los cambios genéticos, los cambios epigenéticos se conservan cuando una célula se divide. Las proteínas histonas se pensaba que eran componentes estáticos y estructurales en los cromosomas, pero estudios recientes han demostrado que las histonas juegan un importante papel en la dinámica de la maquinaria responsable de la regulación epigenética.

Cuando las histonas sufren alteraciones químicas (modificación de histonas) como resultado de algún estímulo externo, desencadenan una memoria biológica a corto plazo del estímulo dentro de la célula, la cual puede ser transmitida a sus células hijas. Esta memoria también se puede invertir después de unos pocos ciclos de división celular.

Las modificaciones epigenéticas son esenciales en el desarrollo y la función de las células, pero también desempeñan un papel clave en el cáncer, según Jianhua Xing, un ex investigador postdoctoral de LLNL y profesor en la actualidad en la Universidad Virginia Tech. "Por ejemplo, los cambios en el epigenoma pueden conducir a la activación o desactivación de las vías de señalización que pueden desembocar en la formación de tumores", agregó Xing .

El mecanismo de la memoria epigenética subyacente molecular implica interacciones complejas entre las histonas, el ADN y las enzimas, que producen patrones de modificación reconocidos por la célula. Para obtener una perspectiva de tales sistemas complejos, el equipo construyó un modelo matemático que captura los rasgos esenciales de la memoria epigenética inducida en las histonas. El modelo destaca el desafío de "diseño" que debe enfrentar una célula constantemente durante el reconocimiento molecular. Es análogo a la restauración de una imagen con las piezas que faltan. Las propiedades moleculares de las especies han sido seleccionadas evolutivamente para permitirles que la "lógica" de las partes que faltan estén basadas en el patrón incompleto de información heredado de la célula madre.


- Fuente: DOE/Lawrence Livermore National Laboratory, por Anne M Stark.
- Imagen: Molécula de ADN envuelta dos veces alrededor de un octámero de histona, la principal proteína estructural de los cromosomas.  Imagen cortesía de Memorial University of Newfoundland. Image courtesy of DOE/Lawrence Livermore National Laboratory.
- Citación: Laboratorio Nacional de DOE / Lawrence Livermore . "Nueva aplicación de instrumentos de física utilizados en la biología." ScienceDaily . ScienceDaily , 7 de febrero de 2014.

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