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Un modelo matemático simula el efecto de los genes en el desarrollo de los organismos

Redacción

El modelo, desarrollado por investigadores de la ULAB y de la Universidad de Helsinki, predice, por ejemplo, qué cambios provocaría la alteración de un gen en la forma de una parte concreta del cuerpo


Madrid (12-3-2010).- Investigadores de la UAB y de la Universidad de Helsinki han desarrollado un modelo matemático capaz de describir, con más precisión y realismo que nunca, la acción de los genes sobre la organización de las células y, por tanto, sobre la morfología de todo el organismo. El modelo describe cómo un grupo de células idénticas se organizan para formar una estructura compleja tridimensional, cómo se producen las diferencias entre individuos a partir de pequeños cambios genéticos, y cuáles son las interacciones entre genes responsables de estas diferencias. La investigación se publica en la próxima edición de Nature.

En los últimos años, la Genómica ha producido un aumento dramático en la cantidad de información sobre los genes. Aunque se sabe que los genes determinan en gran parte cómo son los organismos, la información genómica no lo revela directamente.

En algunos casos podemos identificar el gen responsable de características fenotípicas concretas (por ejemplo, tener una cierta enfermedad o tener los dientes de una forma determinada) pero, en general, no entendemos cuál es la relación entre los genes y las características de los organismos (lo que generalmente se denomina la relación genotipo-fenotipo). En cierto modo aún no entendemos el código o la lógica por la que los genes producen el cuerpo.

El investigador del Departamento de Genética y de Microbiología de la Universitat Autónoma de Barcelona, Isaac Salazar Ciudad, trabaja para intentar aclarar cómo los genes interaccionan entre sí para producir el cuerpo entero. En lugar de centrarse directamente en la información genómica o en información funcional sobre un solo gen, su trabajo se centra en integrar información experimental a nivel de interacciones entre muchos genes durante el desarrollo embrionario. Se estudian a nivel embrionario porque éste es el estadio más importante en el que las interacciones entre genes determinan las características fenotípicas de los organismos.

El trabajo presenta un modelo matemático que integra todas las interacciones conocidas en el desarrollo de las dientes para predecir de forma cuantitativa cómo son (en el adulto) y cómo se desarrollan. El modelo se ha construido en colaboración con el investigador Jukka Jernvall, de la Universidad de Helsinki, que lleva años trabajando en el desarrollo y evolución de los dientes.

Este modelo se diferencia de otros modelos matemáticos sobre la relación genotipo-fenotipo en cuatro aspectos: en el realismo biológico con el que se considera las interacciones entre genes y entre células; la precisión de sus predicciones, el modelo reproduce cómo el diente cambia de ser un grupo de células idénticas a una estructura compleja en tres dimensiones; es capaz de explicar cómo cambia la morfología de un diente cuando cambiamos algún gen; y es capaz de reproducir, mediante pequeños cambios en los genes, las diferencias (a nivel de la morfología de los dientes) entre individuos de una población.

Estudio en una población de focas
En el caso del artículo en Nature se estudia una población de focas del lago Ladoga (en Rusia), pero el interés no está en esta población, sino en el hecho de que el modelo demuestra que entendemos el desarrollo de los dientes suficientemente bien como para poder explicar el origen de las sutiles diferencias morfológicas existentes entre individuos de una población. El modelo, además, indica cuáles son las interacciones génicas responsables específicamente de cada diferencia individual.

Ahora que hay tanta información genómica, el próximo paso es entender cómo esta información se traduce en una comprensión más precisa del fenotipo. Este artículo es relevante en esta dirección, ya que presenta un modelo explícito y preciso sobre cómo los genes se relacionan con la morfología. Entender esta relación es crucial para entender las consecuencias de las modificaciones genéticas artificiales y de la variación genética natural.

Este trabajo también es relevante para el estudio de la evolución.