Cinvestav Monterrey

Biología de Sistemas

La biología de sistemas  Sistemas es un área de estudio relativamente nueva en Biología. El término se acuñó en el año 2000, y su uso se ha extendido impresionantemente a partir de entonces. En contraste con las biologías celular y molecular, cuyo enfoque es reduccionista, la Biología de Sistemas estudia las interacciones entre los componentes de un sistema biológico, usando un enfoque sistémico, para descubrir propiedades emergentes que no son evidentes a partir de los componentes del sistema.

Entre los precursores de la Biología de Sistemas destacan:

A pesar de estos antecedentes tempranos, el espectacular desarrollo de la Biología Molecular en los ochenta, junto con un escepticismo generalizado hacia la Biología Teórica, que entonces prometía mucho pero aportaba más bien poco, ocasionaron que el desarrollo de modelos cuantitativos de sistemas biológicos se convirtiera en un área marginal. Sin embargo, el nacimiento de la genómica funcional en los noventa (que trajo consigo una avalancha de datos, imposible de interpretar sin el auxilio de modelos matemáticos) y el desarrollo explosivo del poder de cómputo propiciaron el surgimiento de la Biología de Sistemas.

Hoy en día existen diferentes concepciones de lo que es o debería de ser la Biología de Sistemas. Algunas personas la consideran como un campo de estudio: el de las interacciones entre los componentes de un sistema biológico y cómo originan las funciones y el comportamiento del sistema. Otras personas consideran a la Biología de Sistemas como un paradigma: la antítesis del llamado paradigma reduccionista. Una tercera concepción es la de quienes la ven como un protocolo de investigación: desarrollo de modelos computacionales que generen hipótesis, validación experimental de los modelos, uso de los datos adquiridos para refinar los modelos, etcétera. Como se ve, en lugar de ser un área bien definida, la Biología de Sistemas es más bien una aglomeración de conceptos que de alguna manera se traslapan. A pesar de ello, el término ha ganado bastante popularidad y hoy en día proliferan grupos de investigación, y aun centros de investigación completos, dedicados a la Biología de Sistemas.

Personalmente empecé a trabajar en problemas de Biología de Sistemas durante mi estancia posdoctoral, en la Universidad McGill (en Montreal, Canadá), en 1999. Al incorporarme a la Unidad Monterrey del Cinvestav, en agosto de 2006, una de mis primeras tareas fue fundar el Laboratorio de Biología Computacional y de Sistemas (LBCS). Es importante destacar que en el LBCS formamos un grupo multidisciplinario, pues entre sus integrantes hay biólogos, ingenieros, físicos y matemáticos. Lo anterior por supuesto influye en el tipo de investigación que desarrollamos, la cual es en gran medida interdisciplinaria. El interés general del laboratorio es desarrollar herramientas computacionales para resolver problemas científicos de índole biológica. En particular, nuestro trabajo se enfoca en el estudio de redes de regulación genéticas, tanto en bacterias como en células de organismos más complejos. Las líneas de investigación que cultivamos incluyen:

• Análisis de la robustez dinámica y la optimización termodinámica en redes de regulación genética, desde un punto de vista evolutivo.
  
• Estudio de la multiestabilidad en redes genéticas simples: origen e implicaciones dinámicas y evolutivas.
  
• Análisis de la interacción entre dos o más osciladores genéticos manejados por retardos temporales.
  
• Estudio de la relación entre multiestbilidad, comportamiento oscilatorio y retardos temporales, en redes genéticas de organismos eucariontes.
  
• Análisis de la influencia del ruido térmico en el comportamiento dinámico de redes genéticas simples.
  

Las técnicas que utilizamos involucran principalmente el desarrollo de modelos matemáticos y la implementación de algoritmos computacionales para la solución numérica de los modelos. Aquí es importante enfatizar que esta manera de proceder demanda conocimientos biológicos tan profundos como los de los biólogos experimentales. De otra forma no nos sería posible desarrollar modelos realistas e interpretar los resultados obtenidos. Por otra parte, en breve empezaremos a llevar a cabo experimentos, en colaboración con el Laboratorio de Biología Molecular del Cinvestav Monterrey, para probar las predicciones de nuestros modelos y obtener datos que nos permitan mejorarlos. Con esto esperamos terminar de consolidar el LBCS como un laboratorio en el que se haga investigación y del que egresen investigadores con una visión novedosa e interdisciplinaria de la Biología.