El aprendizaje de las reglas de regulación de los patrones a gran escala permitirá la capacidad de especificar el patrón biológico y controlar su remodelación. La tecnología y los esquemas conceptuales actuales se dirigen al nivel del "código de la máquina" biológica: se trata de proteínas, genes y células. Los observables y parámetros operativos de este nivel, no se refieren a la forma a gran escala y no facilitan su manipulación. Así pues, el campo se enfrenta a barreras de complejidad con respecto al control racional de la morfología ("¿qué genes deben regularse y de qué manera, para cambiar la forma de la mano, o crear un nuevo ojo?").
Aunque la biología de sistemas trata de comprender la aparición de formas complejas a partir de mecanismos moleculares, existe una importante desconexión entre la plétora de datos de alta resolución y la capacidad de controlar los resultados de los patrones. Se echa en falta una comprensión complementaria, desde arriba, del procesamiento de la información y la computación que llevan a cabo las células durante el desarrollo y la regeneración. Abordaremos esta profunda laguna construyendo nuevas herramientas para explotar las vías bioeléctricas endógenas que implementan bucles de control y homeostasis de patrones de alto nivel. Esto potenciará en gran medida el impacto de los resultados actuales y futuros de los enfoques reduccionistas ascendentes existentes, y dará lugar a nuevas capacidades de gran impacto en la medicina regenerativa y otros campos. -- Tufts University Allen Discovery Center
Artículo: https://phys.org/news/2017-05-reveal-bioelectric-patterns-worms-regenerative.html
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El sistema vivo se basa en el flujo coherente y ordenado de corrientes eléctricas, similar al hardware de procesamiento de información de nuestras tecnologías basadas en la computación. El flujo de electrones de alta energía constituye el sistema energético del organismo vivo (y, por tanto, de toda la biosfera), mientras que las señales eléctricas ordenadas y coherentes son un componente importante del sistema de comunicación. Cuando los patrones de conectividad de los canales de señalización eléctrica se interrumpen, los organismos ya no pueden seguir las vías morfogenéticas y funcionales adecuadas, lo que da lugar a enfermedades que van desde las patologías autoinmunes hasta la tumorigénesis.
La señalización eléctrica del sistema nervioso es bien conocida, sin embargo existe una red de circuitos eléctricos igualmente amplia que es incluso más basal que la red neuronal. Este sistema de comunicación en todo el cuerpo forma parte de la red del tejido conectivo y está formado principalmente por las uniones en hendidura: canales de célula a célula que median la transferencia de iones y pequeñas moléculas mensajeras/de señalización. Como se explica en un informe reciente, "las uniones en hendidura no sólo son elementos computacionales versátiles que permiten a las células controlar qué señales de moléculas pequeñas reciben y emiten, sino que también establecen patrones de conectividad dentro de grandes grupos de células. Al regular dinámicamente la topología de las redes bioeléctricas en vivo, las uniones en hendidura subyacen a la capacidad de muchos tejidos para llevar a cabo una morfogénesis compleja."
Estos circuitos de conectividad de unión entre células son un importante conducto para el flujo coherente de bioelectricidad a través del organismo, que ha demostrado ser instrumental en la bioregeneración (curación y regeneración de tejidos y estructuras corporales), la regulación de las respuestas inmunes, la coordinación de la morfogénesis adecuada, el comportamiento específico de los tejidos y la regulación de la función multicelular adecuada para evitar la actividad deshonesta que puede conducir a una neoplasia cancerosa.
Una nueva investigación dirigida por científicos del Centro Allen Discovery de la Universidad de Tufts y de su Departamento de Biología, está demostrando aún más el papel funcional central de la transmisión eléctrica en el sistema vivo. Los investigadores lograron reescribir de forma permanente el programa de regeneración del cuerpo -el "plan corporal" en los planarios conocidos como platelmintos- restableciendo de forma efectiva su memoria interna de patrones bioeléctricos.
Los hallazgos, publicados en Biophysical Journal, no sólo demuestran la importancia de la señalización eléctrica y la memoria de patrones en la forma y función del organismo, sino también cómo la estructura morfogenética y el desarrollo son en gran medida un proceso epigenético, no codificado directamente en el genoma.
"El plan corporal regenerativo alterado se almacena en las redes bioeléctricas de las células de las planarias aparentemente normales, y los gradientes bioeléctricos de todo el cuerpo sirven como una especie de memoria de patrones", dijo Fallon Durant, primera autora del artículo y estudiante de doctorado en el programa de Formación e Investigación Integradora de Posgrado (IGERT) en el Departamento de Biología y el Centro de Descubrimiento Allen de la Universidad Tufts. "Las señales bioeléctricas pueden actuar como un interruptor que no sólo puede cambiar la anatomía del plan corporal, sino también deshacer esos cambios cuando se invierten".