Desde la Universidad de Harvard (Massachusetts, EE.UU.), Pamela Yeh ha conseguido destacar en el ámbito de la biología de sistemas. Éste es un campo de investigación centrado en los procesos biológicos y en las interacciones de todos los elementos que influyen es su desarrollo y se representan mediante modelos matemáticos. Los especialistas en esta disciplina son los encargados de encontrar las respuestas a muchos interrogantes que los médicos plantean en su quehacer diario. En biomedicina, son capaces de explicar por qué se genera resistencia a los antibióticos o el mecanismo por el que dos fármacos concretos actúan mejor que tres.
Hoy en día, en medicina se utilizan abundantes combinaciones de dos, tres o más fármacos con el fin de potenciar un determinado efecto curativo o reparador. Las combinaciones se ensayan y su efecto se evidencia. Sin embargo, no siempre hay una base biológica para explicar por qué se produce una sinergia o una interacción. En nuestro departamento se trabaja en este asunto y se presta especial atención a las relaciones entre distintas proteínas.
Es más complejo: hay proteínas que sólo se ayudan con determinadas dosis o proteínas que se ayudan pero, ante la presencia de una tercera proteína, revierten el sentido de su relación.
No es un secreto que, clínicamente, se generan con asiduidad. Por ello hay que leer la letra pequeña de los prospectos y vigilar las dosis de los medicamentos: para curar, más no siempre es mejor.
Sí, pero nunca se debe hacer sin tener en cuenta los factores citados. La sinergia se da cuando la suma de dos agentes produce un efecto mejor que el de ambos administrados por separado. La interacción demuestra que dos fármacos útiles, si se mezclan, causan un efecto inferior al que producirían por separado, o incluso un perjuicio.
Estas reacciones se estudian más en los antibióticos, puesto que interviene un tercer factor: la capacidad de los microbios para resistir su efecto. De manera errónea, se pensaba que cuanta más cantidad de antibiótico se depositaba en una infección, mejores eran los resultados. El efecto, sin embargo, depende de la dosis y de la duración, de modo que una dosis muy elevada en un tiempo muy corto posibilita que sobrevivan microbios que se han “inmunizado” frente al antibiótico. Muchas personas toman mal los antibióticos, de ahí que se registren tantas resistencias.
Según el caso, en algunas infecciones se emplean hasta cinco.
“Investigamos el mecanismo por el que dos antibióticos concretos actúan mejor que tres o que otros dos”
Los biólogos de sistemas investigamos el mecanismo básico por el que las resistencias se eliminan o vuelven a aparecer, y el modo en que dos antibióticos concretos actúan mejor que tres o que otros dos. Esto exige un conocimiento muy preciso de los antibióticos y de los microorganismos.
Nos centramos en un microbio que preocupa mucho a los clínicos: el “Staphylococcus aureus“. Éste es capaz de sortear la acción de varios antibióticos a través de un sofisticado juego de resistencias. Tratamos de elaborar un modelo matemático que explique la evolución de las resistencias y que permita a los clínicos evitar el fracaso de un tratamiento combinado.
Se ha comprobado que la memoria de la bacteria es limitada. La necesidad de “programar” resistencias a los antibióticos de nueva generación favorece que se olvide el modo de resistir frente a viejos antibióticos, como las penicilinas. Identificamos una susceptibilidad en estos poderosos microbios.
Mientras investigábamos la peculiar biología del tordo negro (“Molothrus ater”), un pájaro americano, descubrimos la capacidad de algunos ejemplares para deshacerse de los huevos de parásitos que los infectaban, mientras que otros no conseguían desembarazarse de ellos. Pensamos que esta circunstancia estaba relacionada con una cuestión de inmunidad específica de estos pájaros, pero descubrimos que algunos tordos negros con parásitos ponían sus huevos en nidos de papamoscas (ave paseriforme) que, a su vez, dispensaban un trato distinto a los pollos, sin tener en cuenta si eran tordos o papamoscas, sino el origen de los huevos: de un ave infectada o no.
La biología de sistemas se desarrolló en el año 2000 a partir de una nueva estrategia investigadora: en lugar de reducir las cuestiones planteadas a un denominador común, se decidió ampliar su espectro para abarcar todo el ámbito de respuestas. Es una disciplina centrada en las matemáticas pero, al mismo tiempo, con un gran potencial. Su manera de estudiar el metabolismo no parte de modelos concretos (como la célula o el ser vivo), sino de una interacción entre todas las enzimas que toman parte en este proceso y los metabolitos resultantes, de principio a fin. Pamela Yeh considera que “el reduccionismo que ha caracterizado hasta hoy a las ciencias biomédicas ha permitido dar con muchos hallazgos importantes”, aunque advierte, “ha dejado muchos interrogantes”.
