Investigación Científica

Investigación Científica

Los temas de trabajo que me interesan se pueden clasificar en dos grandes tópicos: 1) entender los principios que gobiernan el desempeño de los sistemas biológicos y 2) la ingeniería de circuitos genéticos, switches, módulos celulares y aún reconstruir genomas completos (biología sintética).

En el primer caso estoy interesado en conocer la constitución, función y evolución de los sistemas biológicos (para empezar, los mas simples con autonomía -las bacterias-). En este sentido nuestro trabajo es facilitado por la actividad de miles de laboratorios en el mundo y los proyectos genómicos recientes que nos han proporcionado las listas de componentes celulares (aunque en ninguna lista se han caracterizado el total de sus elementos). Esta información se encuentra en gran parte contenida en bases de datos biológicas que constituyen una de nuestras fuentes principales de información. Lo que hacemos es integrar esta información en modelos explicitos (algo así como unir fragmentos de conocimientos) para tratar de generar un panorama cada vez mas completo sobre la constitución, función y evolución de los componentes moleculares de la célula, sus interacciones y discernir como se logra el "performance" resultante en el organismo. Entre otras cosas estamos interesados en entender los principios moleculares que rigen la interacción y regulación de los sistemas biológicos con el medio ambiente y la aparición de memoria individual y colectiva ante sucesos cotidianos en la vida de las bacterias. Puesto que estudiamos la biologia molecular desde la perspectiva de sistemas complejos, requerimos principalmente de algoritmos para hacer búsquedas de información en distintas bases de datos biológicas, herramientas gráficas, estadísticas y matemáticas para poder modelar estos comportamientos. Con estos acercamientos nos movemos en el área de investigación que se denomina como de "propiedades emergentes" de un sistema, es decir, aquellos comportamientos que no son predecibles a partir del análisis de componentes individuales sino que salen a la luz solo al estudiar la interacción de estos.

Respecto al segundo punto estamos interesados en entender los principios que rigen la auto-organización de la materia en módulos moleculares funcionales y en entender la manera en como se codifica y ejecuta la información genética en los genomas bacterianos. Para este fin emplearemos un acercamiento ingenieril, es decir, iniciar con la concepción y modelado "sobre la mesa" de prototipos celulares o sus partes modulares y construir estos prototipos para poner a prueba nuestro conocimiento sobre la predicción de su comportamiento. Actualmente conocemos la secuencia de mas de 20 millones de genes y cerca de 1000 genomas de bacterias secuenciadas, y una pregunta puede ser: como podemos usar de manera inteligente y sensata esta información? Estamos en un punto donde la forma de hacer investigación en biología esta cambiando drásticamente y el límite es nuestra imaginación. Existen varios acercamientos sobre como poner a prueba si lo que conocemos del desempeño de los sistemas biológicos es acertado. Una manera es hacer biología sintética, para este fin los enfoques mas extremos tal vez sean el botton-up y el top-down. En el primer caso se estudia el origen de los procesos biológicos mas simples (como los procesos bioquímicos que llevan a la formación de metabolitos primarios) y los procesos de transcripción/traducción de genes usando extractos celulares de E. coli en un bioreactor formado por vesículas o liposomas). El otro acercamiento es desde una perspectiva genómica y tiene que ver con la definición de la información genética mínima que podría sustentar la vida de un sistema biológico de manera autónoma (en un medio definido). El reto incluye el modelado del genotipo/fenotipo requerido y concluir con la síntesis in vitro de un genoma completo y su eventual reemplazamiento a un genoma silvestre.