Llevan cerca de cuatro mil millones de años habitando la Tierra y han sobrevivido al tiempo y a profundas transformaciones del planeta. Hoy, bacterias marinas son protagonistas de una investigación liderada desde la Universidad de Valparaíso que busca entender cómo la vida se adapta y enfrenta la extinción mediante sistemas de procesamiento de información de alta complejidad y eficiencia.
Comprender cómo la vida se adapta y responde a escenarios extremos es el eje del Proyecto Exploración que lidera el biólogo y doctor en Biología Molecular, Alejandro Dinamarca, investigador del Centro de Micro-Bioinnovación (CMBi) y académico de la Escuela de Nutrición y Dietética de la Universidad de Valparaíso. Financiado por el programa Fondecyt Exploración de ANID, el proyecto —desarrollado junto al doctor Milan Stehlik, del Instituto de Estadística de la Facultad de Ciencias, y la doctora Claudia Ibacache, de la Escuela de Nutrición y Dietética de la Facultad de Farmacia— busca entender cómo una bacteria modelo es capaz de procesar múltiples señales del entorno y transformarlas en respuestas simples, eficientes y rápidas, incluso cuando se enfrenta a condiciones que la alejan de su “zona de confort” y la llevan a límites cercanos a la muerte o la extinción.
Titulado “GRT-AC: A Global Gene Regulation-Based Tool for Modelling the Next Generation of Biological-Silicon Integrated Systems”, el estudio se centra en los sistemas de regulación de la expresión génica como una forma de “biocomputación” altamente eficiente, capaz de explicar el éxito evolutivo de las bacterias. Este enfoque no solo genera nuevo conocimiento en biología fundamental, sino que también abre escenarios para inspirar el desarrollo de futuros algoritmos computacionales.
“El proyecto busca abrir fronteras de conocimiento para impactar en la ciencia y la tecnología. En términos más precisos, intentamos comprender cómo el sistema global de regulación de la expresión génica puede entenderse como un sistema de biocomputación, que explica el éxito evolutivo que han tenido las bacterias durante miles de millones de años”, señala el doctor Dinamarca. Según los registros fósiles, estos microorganismos existen desde hace más de tres mil 900 millones de años y han persistido frente a transformaciones profundas del planeta. Asimismo, también han impulsado cambios decisivos para la historia de la vida, como el surgimiento de la fotosíntesis con producción de oxígeno y la fijación del nitrógeno, procesos fundamentales para integrar este elemento a la cadena alimentaria.
“Lo que buscamos es comprender cómo las bacterias han utilizado estos mecanismos de regulación de la expresión génica, para luego trasladar ese conocimiento y explorar cómo podrían ayudarnos a entender las próximas etapas de la evolución humana, en un escenario de cambio climático, escasez de alimentos y agotamiento de los recursos hídricos, y sobre todo por la migración de la vida (humana) al espacio cibernético dominado por el silicio, la información y digitalización de la vida”, sostiene el biólogo.
El investigador agrega que uno de los aspectos más interesantes y novedosos de este estudio es su carácter interdisciplinario, ya que integra a investigadores de áreas como biología molecular, microbiología, matemáticas, estadística, computación e ingeniería. Pero, además, se basa en un modelo biológico especialmente relevante para la investigación de frontera: la bacteria Cobetia marina, aislada hace veinte años en la zona de Montemar, de Viña del Mar, y cuyas características permiten proyectar este trabajo hacia nuevas líneas de conocimiento científico.
Tal como lo explica el doctor Dinamarca, la Cobetia es una bacteria indígena del ambiente marino presente en distintos ecosistemas oceánicos. “Es un modelo biológico con características que nos permiten proyectarlo en investigación de frontera. Puede vivir metabólicamente activa en un amplio rango de pH y de temperaturas, entre cero y cuarenta y dos grados Celsius”. Y añade: “Esta capacidad la convierte en un organismo fundamental para estudiar cómo los microorganismos se ajustan a cambios graduales de temperatura y otras variaciones del entorno. Permite observar cómo ajustan su forma de vida, cómo regulan su comportamiento colectivo y cómo resguardan la información esencial para la vida frente a escenarios límite, cercanos a la extinción o la muerte”.
Los estudios han permitido observar cómo estas bacterias perciben señales ambientales y activan o desactivan grupos de genes para generar respuestas adaptativas, como organizarse en comunidad, construir refugios o migrar ante condiciones adversas. “No se trata solo de sobrevivir, sino de vivir metabólicamente activas, generando soluciones simples a partir de mecanismos extremadamente complejos basados en la regulación de la expresión génica como si fueran una súper computadora, sin cerebro, pero capaces de generar respuestas inteligentes a situaciones complejas”, precisa el investigador. Estos procesos permiten a las bacterias procesar información, responder con rapidez y mantener un uso altamente eficiente de la energía.
Más allá de su proyección tecnológica, el proyecto abre nuevas miradas sobre la vida. “En este contexto, es fundamental destacar que estamos hablando de organismos que no poseen cerebro y que, aun así, exhiben conductas que pueden ser consideradas inteligentes. Esto nos permite proponer la existencia de una inteligencia no humana y ampliar la noción tradicional de inteligencia, entendida no solo como una función del cerebro, sino también como la capacidad de procesar información, adaptarse y responder de manera eficiente al entorno. De este modo, se abre la posibilidad de evidenciar que existen formas de vida capaces de manifestar conductas inteligentes sin contar con un sistema nervioso”, plantea el académico.
Por otro lado, el doctor Dinamarca complementa que comprender estos sistemas entrega nuevas luces para abordar desafíos asociados a la sustentabilidad, el uso eficiente de recursos y la adaptación frente al cambio climático.
“La información que estamos obteniendo en este proyecto, y que ya comienza a publicarse, abre la puerta a aplicaciones con impacto directo en la salud y en la optimización de procesos informáticos basados en inteligencia artificial, a partir de algoritmos inspirados en el comportamiento de estas bacterias. Al mismo tiempo, permite comprender cómo sistemas biológicos que han sido energéticamente sustentables durante millones de años pueden servir de modelo para enfrentar desafíos actuales como el uso eficiente del agua, la producción de energía y la sustentabilidad de los sistemas alimentarios”.
A la fecha, la investigación ha dado origen a cuatro publicaciones en revistas de excelencia y alto impacto (Q1), una más en preparación y proyecciones orientadas al desarrollo de una nueva patente de invención. “Hoy, muchos avances en inteligencia artificial y computación avanzada se inspiran en sistemas biológicos. Esto ocurre porque, en toda su complejidad —como los neuronales o genéticos—, ofrecen modelos capaces de orientar el diseño de algoritmos y tecnologías que requieren altos niveles de robustez, confiabilidad y eficiencia”, afirma el investigador.
Finalmente, el doctor Dinamarca subraya que el proyecto ha abierto la colaboración activa con académicas y académicos de las Facultades de Farmacia, Ciencias e Ingeniería, a la vez que ha contado con la participación de estudiantes de doctorado, de magíster y de pregrado. Asimismo, ha permitido fortalecer redes de colaboración científica nacionales e internacionales.
Nota: Pamela Simonetti / Fotos: Denis Isla / Video: Felipe Olguín
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