El equipo de investigación, dirigido por Philippe Cluzel, profesor adjunto de Física en la Universidad de Chicago, llegó a su conclusión mediante el análisis de sistema de E. coli es la quimiotaxis, el sistema que transmite las señales bioquímicas responsables de la locomoción celular.
"Hemos estudiado este sistema simple de las bacterias como un sistema modelo para el estudio general de las redes de transducción de señales", dijo Cluzel. "Las redes de transducción de señales están por todas partes en la naturaleza. La división de nuestras células es controlado por una red de transducción de señales, y su mal funcionamiento provoca cáncer."
La red que controla el movimiento de E. coli, un organismo unicelular, es mucho más simple que el sistema que divide a las células humanas. Pero las redes de transducción de señales muestran los mismos principios de diseño en todas las especies, Cluzel, dijo. En consecuencia, los investigadores ahora intentan aplicar sus métodos de investigación para los organismos superiores.
Una combinación de experimentos genéticos tradicionales y las simulaciones por ordenador han contribuido al estudio. "Los métodos que están utilizando Creo que en muchos sentidos son el futuro de la biología", dijo Michael North, subdirector del Centro de Simulación de Sistemas Adaptativos Complejos en el Argonne National Laboratory. Del Norte, que no participaron en el estudio pero que está familiarizado con sus conclusiones, elogió Cluzel y sus co-autores por su rigor matemático y de impulso de la investigación de transducción de señales a nuevos niveles de volumen y la eficiencia. "Ellos fueron capaces de recoger más datos de lo que nadie había en el pasado por un amplio margen", dijo North.
Equipo Cluzel se ha centrado su estudio en el seguimiento y análisis de las señales intracelulares que controlan los flagelos de la bacteria - su forma de látigo de armas. Los investigadores descubrieron que podían afectar a la frecuencia con la bacteria cambió la dirección del movimiento mediante la alteración de la concentración de una proteína clave en la red de transducción de señales. Estudios previos realizados en la población llegó a la conclusión de que la bacteria cambió su dirección a un ritmo constante. "Hemos demostrado que a nivel de una sola célula que era totalmente al revés", dijo Cluzel. "La variabilidad es parte de la naturaleza y esto puede ser regulado."
Los investigadores anteriores habían llegado a una conclusión diferente, ya que aplican diferentes métodos estadísticos para sus estudios. Los biólogos suelen promedio de sus datos sobre el comportamiento de los organismos porque las estadísticas de la población general, satisfacer sus necesidades experimentales. Pero con un promedio elimina mucha de la información necesitan los científicos para comprender la variabilidad individual.
Al igual que los biólogos, los físicos también se encuentran los datos de las fuertes fluctuaciones en algunos de sus experimentos. Este "ruido" en realidad ayuda a los físicos determinar las características básicas de la realización de materiales como las señales eléctricas viajan a través de ellos. Del mismo modo, Cluzel, dijo, el ruido biológico "puede contener información importante acerca de los mecanismos intracelulares moleculares que tienen lugar dentro de una célula."
Además de llevar a cabo experimentos en la red de transducción de E. coli, los investigadores también se reproducen sus componentes en una simulación por ordenador y obtener los mismos resultados. En futuros estudios, el equipo se aplicará enfoques similares para caracterizar el origen molecular de la variabilidad del destino celular en los organismos superiores.
Cluzel y su equipo de investigación muestran una amplia gama de formación científica. Cluzel recibió su doctorado en física en el Instituto Curie Marie en París, donde tanto un físico y un biólogo se desempeñó como asesores de dos de sus investigaciones. Cluzel más tarde pasó cuatro años investigando en un laboratorio de biología molecular en la Universidad de Princeton. En la actualidad es miembro del Instituto para la dinámica biofísica, que fomenta la colaboración entre científicos físicos y biológicos en la Universidad.