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Ecosistemas moleculares que interaccionan y evolucionan

Una nueva técnica permite estudiar con más precisión la interacción entre sistemas moleculares y su adaptación a cambios del entorno. Podría tener diversas aplicaciones, desde el diseño de sensores moleculares hasta el estudio de los orígenes de la vida.

Como si se tratase de un ecosistema, las moléculas reaccionan ante los diferentes estímulos  externos de forma diferente, intercambian segmentos (de colores, en esta recreación). Imagen del artículo, en la portada del Chemistry European Journal.La vida es el resultado de una compleja interacción entre sistemas moleculares. Estas interacciones dan lugar a nuevas propiedades que no tienen sus componentes aislados.  Una de las características de estos sistemas es su capacidad para adaptarse a estímulos externos, lo que puede considerarse una forma de evolución a nivel molecular.

Dada la complejidad de estos sistemas, su estudio requiere técnicas de análisis muy afinadas, como la que acaba de desarrollar un equipo de investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), y que se ha publicado en la revista Chemistry European Journal.

“El grado de complejidad que se puede generar y estudiar está limitado por la capacidad de análisis y comprensión del sistema como un todo. En este sentido, recientemente ha surgido la Química de Sistemas, que busca precisamente generar mezclas de especies químicas que son capaces de comunicarse entre sí, transformándose unas en otras”, explica Ignacio Alfonso, del Instituto de Química Avanzada de Cataluña del CSIC. “En nuestro laboratorio hemos preparado mezclas de moléculas artificiales, hasta una veintena, derivadas de aminoácidos naturales que se interconvierten unas en otras formando un entramado molecular capaz de reaccionar a estímulos”, añade.

Entre las aplicaciones, se apuntan los sensores, los biocatalizadores o el estudio de los orígenes de la vida

El científico explica estos sistemas con una imagen gráfica: un conjunto de anillos formados por segmentos de diversos colores. Ante un estímulo externo, los anillos intercambian los segmentos  hasta que predomina más un tipo de anillo que otro, explica el científico. De igual forma, como si se tratase de un ecosistema,  las moléculas (los anillos en el ejemplo) reaccionan ante los diferentes estímulos  externos de forma diferente, intercambian segmentos y acaba predominando un tipo de molécula, lo que puede servir de marcador.  

Los científicos han utilizado técnicas analíticas experimentales y un avanzado tratamiento matemático multivariable, lo que les ha permitido comprender el efecto de diferentes estímulos, incluso cuando se aplican de forma combinada, tal como sucede en los sistemas biológicos reales, detalla Alfonso.

Los usos de esta línea de investigación son diversos. La aplicación de diferentes estímulos (salinidad, pH o presencia de un alcaloide natural) de manera individual y combinada permite observar cómo se adapta el sistema molecular a los diferentes cambios. Entre sus aplicaciones, el científico apunta los sensores (que detecten esos cambios del entorno), biocatalizadores o el estudio de los orígenes de la vida tal y como la conocemos.

Angel M. Valdivielso, Francesc Puig-Castellví, Joan Atcher, Jordi Solà, Romà Tauler and Ignacio Alfonso. Unraveling the multistimuli responses of a complex dynamic system of pseudopeptidic macrocycles. Chemistry European Journal.

 

Una nueva técnica permite estudiar con más precisión la interacción entre sistemas moleculares y su adaptación a cambios del entorno. Podría tener diversas aplicaciones, desde el diseño de sensores moleculares hasta el estudio de los orígenes de la vida. Como si se tratase de un ecosistema, las moléculas reaccionan ante los diferentes estímulos externos de forma diferente, intercambian segmentos (de colores, en esta recreación). Imagen del artículo, en la portada del Chemistry European Journal.