(Noticias de Nanowerk) Investigadores del Instituto Max Planck de Dinámica y Autoorganización (MPI-DS) en Göttingen, Alemania, y la Universidad Técnica de Delft, Países Bajos, han desarrollado un nuevo método teórico para estudiar mezclas de muchas moléculas diferentes. Analizaron cómo interactúan las moléculas para formar de manera confiable diferentes gotas, como sucede continuamente en las células vivas. Con este modelo, se puede predecir por primera vez la formación de una gota específica sobre la base de muchas moléculas que interactúan.
Los resultados fueron publicados recientemente en la revista PNAS («Las interacciones de desarrollo estabilizan muchas fases coexistentes en líquidos multicomponente»).
El físico teórico David Zwicker y el biofísico Liedewij Laan están interesados en los misterios de la vida, particularmente en el funcionamiento básico de las células vivas.
«Siempre me sorprende que los procesos celulares funcionen, porque una célula consta de miles de moléculas diferentes que tienen que trabajar juntas sin interferir entre sí», dice Zwicker.
Los científicos desarrollaron un modelo informático que se puede utilizar para estudiar fluidos complejos, como el líquido dentro de una célula.
«A pesar de su naturaleza química y física compleja, las moléculas en las células a menudo se organizan como gotitas», agrega Laan. «Con nuestro enfoque, podemos reproducir la formación de estas gotitas, lo que abre nuevas líneas de investigación sobre cómo funciona este mecanismo», continúa.
Una vinagreta compleja
Las células biológicas son máquinas increíblemente complejas que dependen de miles de moléculas diferentes para funcionar e interactuar de manera confiable. Para orquestar las moléculas, se dividen en diferentes compartimentos dentro de las células. Debido a que el entorno y el estado interno de las células cambian constantemente, deben formarse y mantenerse de manera sólida.
La mayoría de los compartimentos conocidos, incluidos el núcleo y las mitocondrias, están encerrados por membranas que actúan como barreras que definen su forma y controlan su composición. Sin embargo, muchos compartimentos más pequeños no tienen membrana y, por lo tanto, a menudo se comportan de forma más dinámica. Dichos compartimentos se han encontrado en células animales, vegetales y bacterianas por igual. Pueden formarse espontáneamente y las interacciones entre las moléculas involucradas controlan su composición.
Para comprender cómo se organizan una multitud de moléculas diferentes en estos compartimentos sin membrana, Zwicker y Laan investigaron teóricamente el proceso físico de formación de gotas. Hasta ahora, la teoría subyacente solo se entendía bien para el caso simple de dos tipos de partículas, como el aceite que se separa del agua en una vinagreta. Para estudiar un entorno celular más realista con un mayor número de interacciones moleculares, los investigadores introdujeron un método numérico que predice la composición de las gotas.
secretos de la vida
El nuevo enfoque numérico abre la posibilidad de responder preguntas clave, incluida la cantidad de gotas diferentes que se forman de manera sólida.
«El hallazgo clave es que durante los miles de millones de años de evolución, las interacciones entre las moléculas celulares se han optimizado para formar las gotas correctas», explica Zwicker.
Para imitar esto en la computadora, los investigadores ajustaron las interacciones a través de varias generaciones de mutaciones y selecciones hasta que se formó un número específico de gotas. Curiosamente, muchos tipos diferentes de interacciones terminan casi perfectamente en el número preestablecido de gotas diferentes.
Laan comenta: “Nos emocionó descubrir que en realidad podíamos reproducir estas mezclas. Científicamente aún más emocionante es quizás el hecho de que no entendemos exactamente cómo funciona. Pero ahora estamos mucho más cerca de intentar descifrar estos misterios de la vida”.
Zwicker enfatiza que su investigación es parte de un cambio de paradigma más grande en biología: «Hasta ahora, los investigadores tendían a estudiar interacciones fuertes, por ejemplo, entre dos proteínas, ya que estas son bastante sólidas y, por lo tanto, más fáciles de estudiar. Hoy en día, las gotitas formadas por interacciones mucho más débiles son cada vez más estudiadas tanto teórica como experimentalmente, ya que parecen jugar un papel importante dentro de las células. Sin embargo, son mucho más difíciles de analizar porque estas interacciones débiles pueden verse perturbadas por la temperatura, la acidez, la concentración de sal y muchos otros factores”.
El presente trabajo sugiere que un comportamiento complejo, como la formación de gotas, puede surgir de manera robusta incluso de interacciones tan débiles.
