3. Metabolismo
Resumen
El objetivo del módulo es hacer un pequeño recorrido sobre distintos aspectos del estudio del metabolismo que incluye la caracterización de los componentes (e.g. enzimas, metabolitos, rutas), los modelos y su capacidad predictiva, la evolución del metabolismo y el estudio de interacciones metabólicas en comunidades bacterianas. Como mapa utilizaremos una selección de artículos a partir de los cuales se busca iniciar una discusión sobre cada uno de los temas. Para cada día se han seleccionado dos artículos que entendemos se complementan o contraponen en algún sentido y sobre los cuales sería interesante plantear el eje de la discusión. En forma adición se sugieren algunos artículos de introducción y de perspectivas.
Trabajos seleccionados
Prólogo - Artículos introductorios
Una reflexión sobre la necesidad de un profundo cambio de paradigma en la biología molecular donde el foco pase de la identificación y caracterización de componentes moleculares como genes y proteínas a una integración sistémica y multi-escala de forma que esto permita la identificación de módulos funcionales encargados de realizar procesos biológicos claves para la célula.
Aquí se presenta un trabajo corto y de reflexión que presagia el surgimiento de la biología de sistemas o la biología computacional. Hay quienes argumentaran que la biología de sistemas ya existía en aquel entonces, pero no caben dubas de que su explosión como campo de investigación aconteció como consecuencia de la “revolución omica”.
Día 1: Catálogos moleculares y piezas faltantes
Este trabajo hace un repaso amplio del proceso a través del cual se extrae conocimiento biológico, en término de componentes y procesos moleculares, a partir de un genoma secuenciado. Es un manifiesto que muestra el rol fundamental que jugó (y juega) la bioinformática en la extracción de conocimiento a partir de datos masivos (o al menos es fundamental para empezar a poner algo de orden en los datos crudos)
La gran producción de datos genómicos, proteómicos, etc, y su consecuente anotación mediante la aplicación de métodos bioinformáticos ha dado lugar a catálogos de los componentes moleculares de la célula a una escala y nivel de detalle sin precedentes. Sin embargo, la gran mayoría de los genomas, incluso aquellos de organismos muy estudiados como E. coli, o S cerevisiae, contienen un gran número de proteínas anotadas como “conservada putativa” (putative conserved) o “proteína hipotética” (hypothetical protein); a su vez un porcentaje importante de las actividades enzimáticas que han sido medidas experimentalmente carecen de una secuencia asociada candidata que codifique la proteína que cataliza dicha reacción, y son por tanto son conocidas como “enzimas huérfanas” (orphan enzymes). En algunos casos, la laguna puede incluir no solo enzimas aisladas sino la estructura parcial o total de ciertas rutas metabólicas. Estas lagunas de conocimiento existentes en los catálogos moleculares disponibles a la fecha, ponen de manifiesto los límites que tienen los métodos bioinformáticos en el descubrimiento y caracterización de nuevos componentes. En Hanson et al. se discute el problemas de los “componentes faltantes” y cómo abordar su búsqueda
Día 2: Del genotipo al fenotipo: modelos fenomenológicos, metabolismos reconstruidos y los límites de las predicciones
Día 3: Bricolage y oportunismo en la evolución del metabolismo
Día 4: Meta-metabolismos: de las comunidades bacterias al holobionte
Los tres artículos seleccionados para el día 4, bien podrían ser seleccionados para discutir en el siguiente módulo, ya que tienen más que ver con la ecología que con el metabolismo. Voy a spoilear y adelantarles que hoy en día se cree que gran parte de la ecología microbiana puede ser explicada por el metabolismo de las cepas involucradas.
En este review se resume la existencia de patrones biogeográficos en microorganismos y se discuten los posibles mecanismos que pueden estar dando lugar a los patrones observados. Es un lindo artículo, fácil de leer y que resume las preguntas planteadas en el campo de la biogeografía microbiana y las dificultades encontradas.
En este artículo se presenta la paradoja del fitoplancton - donde se observa la coexistencia de muchas especies en un ambiente isotrópico, donde se esperaría la supervivencia de una sola especie, de acuerdo al principio de exclusión competitiva. Hoy en día, gran parte de la investigación en ecología microbiana se centra en entender esta aparente paradoja donde se ve una alta coexistencia de especies o cepas.
En este trabajo estudian el ensamblaje de comunidades microbianas desde lo experimental. Es uno de los muchos trabajos que hay hoy en día en estas mismas líneas, donde se trata de entender que determina la composición de las comunidades y su diversidad.
Epílogo: de camino hacia los “gemelos digitales”
