Un modelo informático consigue simular el movimiento dentro de una célula viva

Todos los organismos vivos están constituidos por una o más células constantemente en acción. A su vez, en las células habita una multitud de moléculas que interactúan entre sí sin descanso para asegurar la correcta composición de proteínas y lípidos de sus orgánulos, utilizando para ello diversos modos de transporte. En tan sólo un minuto, casi todas las moléculas se mueven para realizar varias tareas en la célula.

Existe, por tanto, mucha actividad y tráfico dentro de una célula, lo que genera uno de los grandes interrogantes de la ciencia: ¿cómo se pueden llevar a cabo estos procesos constantes de transporte molecular con tal precisión y coordinación? Eso es lo que trata de averiguar un equipo de investigadores de la Universidad del Sur de Dinamarca (SDU).

Hasta ahora existen varias técnicas de microscopía moderna para visualizar el tráfico intracelular. Es el caso de la Pérdida de Fluorescencia en el Foto-blanqueamiento (FLIP), que consiste en decolorar repetidamente una región específica de la célula mediante un pulso láser para observar la pérdida de fluorescencia en las partes no blanqueadas, donde se encuentran las moléculas de interés. Así se produce una reducción progresiva de movimiento del área blanqueada en la dirección de transporte.

Aunque su uso está muy extendido, todavía no existe un análisis automatizado fiable de los datos de la imagen. En ello se ha centrado el trabajo de investigación, como detallan en la publicación científica, en crear un marco para simular secuencias FLIP basadas en modelos de reacción-difusión de la geometría de la célula.

De esta forma se pueden detectar fallos o perturbaciones en los procesos de transporte moleculares, el causante o factor implicado en ciertas enfermedades cuyas consecuencias pueden ser fatales. Es el caso del Alzheimer, el Parkinson o la enfermedad de Huntington, trastornos neurodegenerativos con muchas similitudes a nivel molecular.

Simulación ‘in silico’

Según explica la universidad en un comunicado, los investigadores comenzaron el trabajo estudiando células vivas al microscopio, para observar cómo la temperatura y distintas reacciones bioquímicas inducen el movimiento de las moléculas en el interior de la célula. Estas observaciones se traducen en un modelo matemático basado en ecuaciones diferenciales.

El resultado es un modelo informático que permite simular lo que ocurre dentro de una célula viva y facilita la monitorización del tráfico intracelular. Así, frente a los procesos “en vivo”, que, como su propio nombre indica, estudian un organismo vivo, y los «in vitro», en un tubo de ensayo, los investigadores de la SDU examinan «in silico», como se conoce a los ensayos a través de un ordenador.

En este caso, las moléculas tienen la posibilidad de iluminarse en color verde, para que puedan verse al microscopio. Como consecuencia aparece una masa verde que no indica más que la célula está llena de moléculas. Para obtener más detalles, los investigadores instalaron un interruptor de encendido y apagado dentro de la célula, de forma que cada vez que una molécula en movimiento pasa junto al interruptor, el color verde se apaga.

Así, poco a poco el interior de la célula se va oscureciendo, señal de que cada vez más moléculas pasan por el interruptor. Este proceso se traduce en un modelo matemático que permite estudiar el tráfico molecular de una célula desde un ordenador, y ver lo que sucede si las condiciones cambian. Un ejemplo podría ser cuando existen dificultades para que las moléculas puedan penetrar una membrana, lo que se traduce en más tiempo hasta alcanzar el interruptor.

En tiempo real, se tarda aproximadamente un minuto en que la mayoría de las moléculas pasen por el interruptor. Tras aproximadamente 10 minutos todas han pasado, por lo que ya no se ven luces verdes. En general suelen ser rápidas, pero ciertas condiciones pueden ralentizarlas, como su propia estructura o la aparición de algún obstáculo que deben sortear. Es ahí donde los investigadores se detendrán para combatir ciertas enfermedades causadas por un mal funcionamiento de la proteína intracelular o del tráfico de la membrana.