ANÁLISIS DINÁMICO DE REDES DE REGULACIÓN GENÉTICAS

ANÁLISIS DINÁMICO DE REDES DE REGULACIÓN GENÉTICAS
EMPLEANDO HARDWARE DISEÑADO SOBRE FPGAs
Aurora Inés Flores Piña Licenciatura en Biología de la Universidad Michoacana de San Nicolás
de Hidalgo, green_riot@hotmail.com. Asesores: Dr. Agustino Martínez Antonio
amartinez@ira.cinvestav.mx, y Dr. Ismael Sánchez Osorio osorio.ismael@gmail.com, Centro
de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional Unidad Irapuato.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Una de las más grandes aspiraciones en la biología moderna es entender el
funcionamiento de sistemas biológicos como entidades integradas a nivel celular,
esto es, entender cómo los componentes moleculares que operan a diversas
escalas se coordinan y operan como un todo para dar lugar a comportamientos
característicos de los organismos. Dentro de estos sistemas se encuentran las
redes formadas por factores de transcripción y los genes blanco que éstos regulan,
las así conocidas como Redes de Regulación Transcripcional. Estudiar cada una de
las instancias de estos sistemas resulta una tarea extremadamente compleja. Una
alternativa prometedora para estudiar y comprender estos sistemas biológicos,
consiste en buscar y establecer “principios generales de diseño”, los cuales
conforman los análogos de leyes de físicas pero en el campo de la biología. Hacia
tal meta, además de una completa integración entre experimentación y teoría, se
requiere de herramientas de simulación y “hardware electrónico” dedicado, con el
fin de acceder al estudio de redes.
METODOLOGÍA
Como una alternativa para el estudio de redes es usado el sistema Booleano, en el
cual se interrelacionan genes con dos posible estados (activos o inactivos). Bajo
mencionado sistema se realizó un diseño de descripción de hardware para un
pequeño circuito de Escherichia coli en donde se establecen los genes que
participan en la elección de preferencias para fuentes de carbono.
En el diseño de hardware es necesario establecer la estructura que conforma la
“entidad” (pequeño circuito). Mediante el uso de operadores lógicos (AND, OR,
NOT) se sentaron interacciones (relaciones de los genes con otros) y nodos (genes
del circuito), dándose prioridad a las interacciones de inhibición.
Determinados nodos e interacciones se estableció una entidad capaz de emular la
dinámica del circuito.
CONCLUSIONES
Estableciendo circuitos con reglas lógicas en descripción de hardware es posible
emular de forma práctica la dinámica en redes de regulación. El presente proyecto
no ha concluido en su totalidad, las interacciones de los genes que conforman las
redes son mucho más complejas que el simple mantenimiento de estados activos o
inactivos. Se ha planteado resolver el problema de entender la estructura y dinámica
de redes con variantes de estado más cercanas a lo que ocurre en la realidad. Dicho
conflicto se atacará empleado el uso de ecuaciones diferenciales en el diseño de
hardware con implementación de FPGAs (Field Programable Gate Arrays)
indagando en el estudio de redes a gran escala y acoplando a los circuitos
genéticos diversas variables que afecten las interacciones regulatorias.