MADRID 20 juny (EUROPA PRESS) -
Un equip d'investigadors del Laboratori Europeu de Biologia Molecular (EMBL, per les seves sigles en anglès) ha ampliat la teoria seminal d'Alan Turing sobre com es creen els patrons en els sistemes biològics. Aquest treball, que es va realitzar en part al Centre de Regulació Genòmica (CRG), a Barcelona, pot respondre si els patrons de la naturalesa es regeixen pel model matemàtic de Turing i podrien tenir aplicacions en l'enginyeria de teixits.
Alan Turing va tractar d'explicar com sorgeixen els patrons en la naturalesa amb la seva teoria de 1952 sobre la morfogénesis. Va proposar que les ratlles d'una zebra, la disposició dels dits i els verticilos radials en el cap d'un girasol estan tots determinats a través d'una interacció única entre molècules que s'estenen a través de l'espai i interactuen químicament entre si. La famosa teoria de Turing es pot aplicar a diversos camps, des de la biologia fins a l'astrofísica.
S'han proposat molts patrons biològics d'acord amb les regles de Turing, però els científics encara no han estat capaços de proporcionar una prova definitiva que aquests patrons biològics es regeixen per la teoria de Turing. L'anàlisi teòrica també semblava predir que els sistemes de Turing són intrínsecament molt fràgils, poc probable per a un mecanisme que governa els patrons en la naturalesa.
MÉS ENLLÀ DE LA TEORIA DE TURING
Els investigadors Xavier Diego, James Sharpe i els seus col·legues del nou lloc d'EMBL a Barcelona van analitzar l'evidència computacional que els sistemes de Turing poden ser molt més flexibles del que es pensava. Seguint aquesta pista, els científics, que treballaven en el CRG i ara estan en EMBL, van ampliar la teoria original de Turing mitjançant l'ús de la teoria de grafs: una branca de les matemàtiques que estudia les propietats de les xarxes i facilita el treball amb sistemes complexos i realistes.
Això va conduir a la comprensió que la topologia de xarxa --l'estructura de la retroalimentació entre els components de les xarxes-- és el que determina moltes propietats fonamentals d'un sistema de Turing. La seva nova teoria topològica proporciona una visió unificadora de moltes propietats crucials per als sistemes de Turing que anteriorment no s'entenien bé i defineix explícitament el que es requereix per fer un sistema reeixit de Turing.
Un sistema de Turing consisteix en un activador que ha de dispersar a un ritme molt més lent que un inhibidor per produir un patró. La majoria dels models de Turing requereixen un nivell d'ajust precís dels paràmetres que els impedeix ser un mecanisme robust per a qualsevol procés de disseny real.
"Vam aprendre que estudiar el sistema de Turing a través de la lent topològica realment simplifica l'anàlisi. Per exemple, entendre la font de les restriccions de difusió es torna clar, i el més important, podem veure fàcilment quines modificacions són necessàries per relaxar aquestes restriccions", explica Xavier Diego, primer autor de l'article.
"El nostre enfocament es pot aplicar als sistemes Turing generals, i les propietats seran certes per a xarxes amb qualsevol quantitat de components. Ara podem predir si l'activitat en dos nodes de la xarxa està desfasada o no, i també descobrim canvis que són necessaris per modificar això. Això ens permet construir xarxes que fan que qualsevol parell de substàncies desitjat se superposi a l'espai, la qual cosa podria tenir aplicacions interessants en l'enginyeria de teixits", afegeix.
JEROGLÍFICS PER A GRUPS EXPERIMENTALS
Els investigadors, el treball dels quals es publica en 'Physical Review X', també proporcionen un mètode pictòric que permet als científics analitzar fàcilment les xarxes existents o crear nous dissenys de xarxa. "Els cridem 'jeroglífics de Turing' al laboratori --diu el líder del grup EMBL a Barcelona, James Sharpe, qui va dirigir el treball--. En utilitzar aquests jeroglífics, esperem que els nostres mètodes siguin adoptats tant per teòrics com per grups experimentals que intenten implementar xarxes de Turing en cèl·lules biològiques".
Aquesta teoria ampliada proporciona als grups d'investigació experimentals un nou enfocament per fer que les cèl·lules biològiques es desenvolupin en patrons en el laboratori. Si els grups experimentals tenen èxit en això, les preguntes sobre si la teoria de la morfogénesis de Turing s'aplica als sistemes biològics finalment tindran resposta.
