Inteligencia colectiva, decisiones colectivas

Luis Morelli es investigador independiente del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) y jefe del grupo de Procesamiento de Información en Células y Tejidos del Instituto de Investigación en Biomedicina de Buenos Aires (IBioBA, CONICET – Partner Institute of the Max Planck Society). Y, cuando habla, contagia su entusiasmo por las células y por entender cómo emiten y reciben señales.

“Cada una, aislada, es capaz de hacer cosas increíbles. Crece, se replica, migra, se repara y puede incluso determinar cuándo es momento de morir. Y cuando está con otras células puede intercambiar señales para tomar decisiones, como construir comunidades o estimular el comportamiento de sus vecinas para que realicen determinadas acciones”, dice.

Junto a los también físicos Iván Lengyel, Sol Fernández Arancibia, Gabriela Petrungaro, Diego Arribas y Fiorella Fabris, todos ellos becarios doctorales del CONICET en el IBioBA, analizan cómo células y tejidos biológicos procesan la información que reciben y la integran para tomar decisiones.

Decisiones, decisiones: vida y muerte celular

Morelli ganó un concurso para seleccionar uno de los Grupos Max Planck que funcionan en el IBioBA, en estrecha colaboración con un líder de grupo –Christian Schröter– seleccionado en el mismo concurso para trabajar en el Instituto Max Planck de Fisiología Molecular de Dortmund, Alemania.

Morelli –en Buenos Aires– y Schröter –en Dortmund– buscan desentrañar cómo las células embrionarias integran su información con las señales que reciben del exterior para tomar decisiones, en particular aquellas relacionadas con la diferenciación celular durante el desarrollo embrionario.

“Después de la fecundación, todas las células del embrión son iguales y se van diferenciando paulatinamente hasta formar el organismo. Junto al equipo en Dortmund trabajamos en la descripción de cómo las células analizan información para tomar decisiones, y en la comprobación experimental de esa teoría”, dice Fabris.

Mientras que Fiorella Fabris analiza lo que pasa durante el período embrionario, Sol Fernández Arancibia trabaja en lo que ocurre poco antes de la muerte de la célula. Se conoce como apoptosis a la muerte celular programada –una suerte de ‘suicidio celular’–. “Buscamos describir la red que interpreta las señales externas e internas y qué determina que la célula decida morirse o no, que no es una decisión sencilla”, comenta Fernández Arancibia.

La física de las variaciones y la comunicación

Imaginemos una habitación completamente cerrada a una temperatura constante. Allí, las partículas de aire se mueven a distintas velocidades y chocan entre ellas y, si uno tuviera los datos de las posiciones y velocidades, se podrían calcular las trayectorias de cada una. Pero nos diría muy poco sobre cosas como, por ejemplo, la temperatura o la presión en la habitación.

“Hay herramientas de la física clásica que vinculan esa descripción microscópica de cada partícula, su velocidad y su posición en la habitación, con propiedades macroscópicas como la temperatura, la presión o el volumen, pero no están adaptadas a sistemas que están fuera del equilibrio. Y, en la ‘materia viva’, los sistemas no están en equilibrio sino que constantemente intercambian materia y energía con el medio de manera irreversible. Entonces necesitamos herramientas para poder incluir esas variables de cambio en las ecuaciones”, dice Morelli.

Iván Lengyel estudia, a grandes rasgos, fluctuaciones en el estado de las células. Las células generan y procesan información, y para ello usan moléculas como el ARN y las proteínas. Estas moléculas pueden encontrarse en pequeñas cantidades dentro de la célula y las variaciones azarosas en estos números pueden afectar la precisión con la que la célula realiza una determinada tarea.

Gabriela Petrungaro también trabaja en fluctuaciones, pero en su caso asociadas a la comunicación entre células. “Cuando están aisladas tienen comportamientos individuales muy ricos, pero cuando están con otras células pueden generar comportamientos colectivos al intercambiar señales y yo estudio cómo la comunicación influye en la organización de un tejido”, explica.

“Las herramientas de la física teórica clásica se pueden adaptar para entender los procesos que regulan diferentes mecanismos celulares y, junto a investigadores experimentales, es posible desarrollar sistemas de ecuaciones que permitan describirlos y predecir resultados, que a su vez podamos poner a prueba en el laboratorio”, concluye Morelli.