Acta Biológica Colombiana (Jan 2006)
Estudio de un modelo de red neuronal artificial del switch molecular del bacteriófago Lambda
Abstract
La maquinaria molecular de las células consiste de una enorme red de moléculas que interactúan unas con otras de manera compleja. En estos sistemas la información es procesada por medio de variaciones en las concentraciones y localización de estas moléculas en respuesta a estímulos de origen intra o extra celular. Una de las tendencias más importantes de la biología molecular actual, gira en torno a la comprensión de los procesos de procesamiento de la información por medio de la elaboración de modelos dinámicos sistémicos de los sistemas moleculares biológicos. En los últimos años, grandes adelantos han tenido lugar en el campo del desarrollo e implementación de algoritmos que permiten realizar simulaciones del comportamiento de diversos sistemas moleculares tales como las vías de señalización intracelular, control del metabolismo y expresión genética. En un modelo dinámico sistémico cualquier cantidad de interés, mientras que la medición de las mismas cantidades in vivo requiere la elaboración y ejecución de experimentos muy laboriosos y costosos. La aplicación de las técnicas de modelamiento y simulación en el campo de la biología molecular ayuda al mejoramiento en el entendimiento de los procesos biológicos. Los aspectos moleculares del sistema regulatorio del bacteriófago lambda, ha sido por mucho tiempo el centro de atención de las investigaciones que tratan de dilucidar las bases moleculares de los procesos implicados en el control de expresión genética en procariotas. Aspectos tanto cuantitativos como cualitativos del comportamiento del switch del bacteriófago lambda han sido caracterizados experimentalmente. Sin embargo, un completo entendimiento de la robustez y estabilidad del sistema regulatorio del mismo está aún por obtenerse. En el presente trabajo se propone una modificación del modelo dinámico, el cual tiene como elemento principal la dinámica reguladora del operador OR, para tomar en cuenta la interacción a larga distancia entre los operadores OR y OL recientemente descrita, y el elemento estocástico producto del poco número de moléculas participantes. El algoritmo de simulación estocástica desarrollado por Gillespie, es el método más común empleado para simular correctamente el ruido intrínseco que acompaña las reacciones bioquímicas celulares. Una descripción numérica del comportamiento de una red química es lograda al identificar todas las posibles reacciones, midiendo cada una de ellas, el número inicial de cada una de las moléculas del sistema y luego aplicando el algoritmo de Gillespie, se obtiene un estimativo del comportamiento del sistema en función del tiempo. Empleando estos elementos se construye un nuevo modelo dinámico sistémico sobre el mantenimiento del estado lisogénico del bacteriófago lambda y la inducción de los profagos, el cual predice un comportamiento del sistema que se aproxima muy bien a las observaciones experimentales reportadas.
