UA Biophysics:Biologia de Sistemas

Biologia de Sistemas

I.P.: Juan Manuel Pedraza

La investigación en el área de biología de sistemas se centra en tres aspectos: circuitos genéticos, variabilidad fenotípica, y selección de grupos. Se utilizan modelos matemáticos analíticos basados en procesos estocásticos y teoría de juegos, modelos computacionales tipo Monte Carlo, experimentos utilizando la construcción de circuitos genéticos artificiales (a través de la biología molecular), la microscopia de fluorescencia y la citometría de flujo, y evolución experimental de microorganismos utilizando sistemas robóticos diseñados y construidos en el laboratorio.

En el área de circuitos genéticos, se investiga cómo se produce, transmite y controla la estocasticidad inherente a las reacciones químicas que determinan el funcionamiento de los circuitos genéticos intracelulares, cómo esta variabilidad es afectada por la retroalimentación, y cómo esta información se incorpora en el diseño de circuitos artificiales y la interpretación de circuitos naturales. Esto es necesario para entender los sistemas de control presentes en los circuitos que controlan el funcionamiento de las células (p.e. cómo se conectan las piezas reveladas por el genoma humano) y como construir circuitos artificiales robustos y estables para fines biotecnológicos.

La variabilidad fenotípica en poblaciones isogénicas es la manifestación del ruido intracelular antes mencionado. Se estudia como esta variabilidad puede ser beneficiosa para una población dado un medio ambiente cambiante, con énfasis en la persistencia bacteriana (resistencia no genética a los antibióticos). Esta variabilidad es de gran importancia para microorganismos que la utilizan como estrategia de supervivencia, y al mismo tiempo controlar esta variabilidad es esencial para el desarrollo correcto de organismos multicelulares y ha sido implicada en la susceptibilidad a las mutaciones .

Este tipo de estrategias a nivel de una población pueden ser estudiados a través de la teoría de juegos y la dinámica evolutiva, lo que permite estudiar los conflictos entre distintos niveles de selección evolutiva y el surgimiento de estrategias cooperativas o altruistas. En particular, el comportamiento de los plásmidos (vistos como parásitos) dentro de bacterias constituye un modelo de altruismo que permite probar experimentalmente las consecuencias de la selección de grupos, y esto permite evaluar experimentalmente en un sistema controlado resultados teóricos que aplican en sistemas tan complejos como las interacciones entre humanos.