Biología de sistemas de la célula | Scitable

¿Cómo podemos entender todas las interacciones entre el ADN, ARNm y proteínas, como parte de un conjunto de la red? Recientemente, los científicos han dado pasos importantes hacia la respuesta a esta pregunta.

De gen a Genoma
En las últimas dos décadas, hemos asistido a un cambio de enfoque en las ciencias biomoleculares, desde el deseo de comprender cómo un solo gen funciona, a la comprensión de cómo los genes y productos de genes de una célula pueden trabajar juntos. Este nuevo paradigma para la comprensión de las interrelaciones entre las redes de los procesos biológicos se denomina la biología de sistemas, y cuando se aplica a la biología celular, se trata principalmente de la red de genes, ARNm y proteínas.
Este enfoque del análisis científico se basa en una nueva manera de mirar los procesos: la comprensión de ellos dentro de un contexto mucho más amplio que nunca. Por consiguiente, este enfoque se basa en el progreso tecnológico reciente que permite que los datos se analizen en cantidades mucho más grandes. ¿Cuál es el concepto de la biología de sistemas de la célula?  ¿Cuáles son sus raíces, cuáles son sus objetivos, y (en menor medida ) cuáles son los activos tecnológicos de los que depende? (Figura 1).

Figura 1: La biología de sistemas nos permite pensar en términos generales.
Esta imagen muestra cómo aumenta la complejidad del genoma de información a transcriptoma para proteoma. El número estimado de entidades de cada tipo de molécula en una célula típica se indica entre paréntesis. Como punto final de este tipo de análisis, los científicos podrían estar buscando biomarcadores para la enfermedad cardiovascular, por lo que puede ser detectada a tiempo.

Con la publicación del artículo de referencia Watson y Crick sobre la estructura del ADN (1953), el nacimiento de la moderna biología molecular se convirtió en un hecho. De repente, el paradigma que dio fue utilizado para el estudio de los rasgos hereditarios con una base física, molecular y se reformularon las teorías de Mendel, Morgan e incluso Darwin. Con el tiempo, se utilizó este conocimiento para comprender la estructura de un gen, como se expresa, y cómo una mutación afecta no sólo una base del par, sino también la concomitante proteína y su funcionamiento.

Algunos pasos cruciales a lo largo de esta manera eran, por supuesto, el desarrollo de métodos para determinar la secuencia de fragmentos cortos de ADN (es decir, los métodos de Maxam y Gilbert 1977, y Sanger, 1977) cómo producir más ADN en una célula bacteriana (por lo tanto, a clonar un gen), y desde 1980, cómo para amplificar secuencias de ADN deseadas in vitro por medio de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) (Mulliset al . 1986, Mullis y Faloona, 1987).

Figura 2: Los científicos estudiaron infectadas por la malaria células sanguíneas y los patrones observados de transcripción del patógeno.
Perfiles de transcripción del patógeno de la malaria Plasmodium falciparum fueron aisladas de muestras de sangre humana. Los perfiles de transcripción de estos plasmodios se compararon con los perfiles típicos de la transcripción en la levadura. Sistemas de análisis de estos datos de expresión en estas células muestran que los perfiles de expresión de clúster en tres grupos (colores). Este análisis por ordenador y la comparación con perfiles anteriormente descritos de expresión de levadura revelaron tres distintos estados fisiológicos de P. falciparum que se caracteriza por el crecimiento glucolítico (púrpura), una respuesta de hambre (verde), o una respuesta de estrés ambiental (marrón). Esta mejor comprensión de la diversidad fisiológica del parásito podría ayudar a explicar la variedad de resultados después de la infección y dar lugar a nuevos enfoques terapéuticos.

Este enfoque ha conducido a una gran cantidad de datos con respecto a los genes individuales. Los científicos han sido capaces de preguntar y responder preguntas sin respuesta hasta ahora. ¿En qué cromosomas se encuentran genes particulares? ¿Cuál es su función? ¿Cómo y por qué factores están regulados? A comienzos del siglo XXI, ya es hora de hacer una nueva transición . En lugar de centrarse en los genes individuales y sus efectos, biólogos y bioquímicos han creado un arsenal de técnicas y metodologías para atacar a una pregunta que es simple en sí misma, pero que requiere una gran cantidad de información compleja para ser contestada: ¿cómo la combinación de todos genes dentro de una célula es capaz de gobernar todas las reacciones que ocurren en una célula?

Esta pregunta surge de la idea de que”existe un sistema dinámico y complejo multiescala formado por macromoléculas y metabolitos que interactúan, además, con células, órganos y organismos que subyacen a la mayoría de procesos biológicos” (Vidal 2009). Este es el objetivo de la biología a nivel molecular: comprender el funcionamiento cooperativo de los elementos como parte de un sistema que forma una célula, un tejido, incluso un organismo. En efecto, nada en la biología actúa slo: todo actúa en conjunto, lo opuesto y lo sinérgico con otros elementos. Genes que regulan la actividad de cada cual, los productos génicos que se unen o inhiben entre sí, se comunican a las células, metabolitos pasando de un tejido a otro, y todo interconectado. La biología de sistemas tiene como objetivo comprender esta complejidad.

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