Regular. Todo se regula en el mundo, la economía, la política, la educación. Se regula para mantener el orden en la sociedad que hemos logrado conformar como humanos. En los sistemas biológicos ocurre algo similar, se regula a nivel molecular, los procesos fisiológicos, las células, las poblaciones, los ecosistemas, en fin, todo es sujeto a regulación.
En particular en los organismos unicelulares, hay varios niveles donde se lleva a cabo la regulación, a nivel metabólico, de señalización y a nivel de la expresión genética. A este último proceso es al que nos referiremos en lo subsecuente. La regulación que se da a nivel genético es necesaria para expresar en concentraciones precisas las proteínas, en tiempo y forma, dependiendo de los requerimientos metabólicos de la célula.
En este contexto y para que se lleve a cabo dicho proceso se necesita una clase de moléculas fundamentales: los reguladores transcripcionales, una clase de proteínas que reconocen sitios específicos en el material genético de los organismos o ADN y que además, reconocen las señales ambientales. De esta forma, cuando se presenta una señal, las proteínas pueden asociarse a regiones discretas en el ADN y permitir que el gen se exprese; por contraparte, cuando no se presenta la señal las proteínas impiden dicha expresión.
El juego de señales, tanto presentes como ausentes en la célula, y su identificación por las proteínas reguladoras, determinará si un gen se expresa o no. Interesante, ¿no?. En general, la forma en que estos elementos proteicos funcionan podría explicarse de manera similar a cómo funcionan los semáforos; es decir, la expresión de un gen puede darse cuando una señal está presente (verde en el semáforo) mientras que cuando está ausente o se agota la señal el gen debe silenciarse (rojo en el semáforo). Aunque, no siempre la ausencia de la señal es sinónimo de “apagado” ni la presencia de la señal de “activado”… en fin, ¡esto es la biología!
En nuestro grupo de trabajo, nos hemos dedicado a identificar a dichas proteínas utilizando herramientas computacionales. Para esto, hemos conformado un grupo multidisciplinario, donde convergen científicos de diversas áreas del conocimiento, computación, biología, física, química y matemáticas, entre otros. De esta forma, se ha logrado tener una idea de cuántas proteínas reguladoras podrían estar asociadas a más de 2000 microorganismos (bacterias, principalmente), lo cual no significa que sean las únicas, ya que exploramos con base en los conocimientos adquiridos en organismos modelo.
De forma general, la manera como se hace la identificación se basa en la utilización de la información de aquellas proteínas que han sido caracterizadas en los laboratorios de investigación y que han sido estudiadas por muchos años. Estas proteínas en su forma más sencilla se pueden representar como una serie de palabras y utilizando herramientas de computación, se comparan contra aquellas proteínas (representadas también a manera de palabras) asociadas a los organismos.
Dicha información está depositada y organizada en bases de datos, lo cual facilita la comparación. Este sistema sencillo de comparación se conoce de una forma muy general como Grial de la bioinformática y que ha permitido la identificación de proteínas con función similar en millones de secuencias asociadas a los organismos.
Posteriormente, las proteínas similares pueden utilizarse para definir una función posible, para determinar su historia evolutiva (¿de dónde viene y cómo ha cambiado a través del tiempo?) o bien para determinar a qué otro gen regula, desde la perspectiva de la regulación de la expresión genética. A nosotros, lo que nos interesa es determinar a qué genes regulan dichas proteínas y cómo lo llevan a cabo. Es decir, si una proteína similar a una caracterizada experimentalmente tiene una historia similar a otra proteína, entonces podemos inferir que han caminado juntos a través del tiempo y por lo tanto, podrían estar asociados como un par, proteína reguladora – gen regulado.
Adicionalmente, dichas proteínas pueden ser analizadas para determinar aquellos sitios específicos donde se asocian al ADN o bien para llevar a cabo contactos con otras moléculas señal y posteriormente localizarlo a nivel tridimensional. Este tipo de preguntas, entre muchas otras, las intentamos responder en el laboratorio que recién se instaló en el Parque Científico y Tecnológico en Mérida y donde la UNAM está instalada.