Los científicos llevan mucho tiempo fascinados por la complejidad y adaptabilidad de los organismos vivos. Ahora, un proyecto innovador con participación del catedrático del Departamento de Medicina y Ciencias de la Vida (MELIS) de la Universitat Pompeu Fabra, Jordi García-Ojalvo, y coordinado por la Dra. Aneta Koseka en el Instituto Max Planck de Neurobiología del Comportamiento-Caesar (MPINB) en Bonn (Alemania), tiene como objetivo revelar un concepto sorprendente: que las células individuales poseen la capacidad de aprender de su entorno. Esta ambiciosa iniciativa de investigación ha reconocido con la prestigiosa ERC Synergy Grant a la Dra. Aneta Koseska, al Prof. Jordi García-Ojalvo de la UPF, al Prof. Dietmar Schmucker de la Universitat de Bonn y al Prof. Jeremy Gunawardena de la Facultad de Medicina de Harvard, en Boston. La ayuda de 11,2 millones de euros supondrá un impulso significativo en la financiación del proyecto para que este equipo explore cómo las células individuales crean representaciones internas del mundo exterior. 

Según el catedrático de la UPF Jordi García Ojalvo, “de la misma manera que un cerebro representa internamente la información que recibe de su entorno en las redes neuronales que lo forman, una célula puede hacer lo mismo usando sus redes de genes y proteínas”. Esto da a las células individuales una capacidad de procesado de información muy importante”.

"Creemos que las células no son solo entidades pasivas que ejecutan programas predefinidos", dice la Dra. Koseska, jefa del grupo de investigación "Computación y aprendizaje celular" de Lise Meitner. "En cambio, procesan información activamente, forman modelos internos de su entorno y utilizan estos modelos para tomar decisiones dependientes del contexto, muy parecido al aprendizaje".

Diversos organismos modelo para descubrir mecanismos universales

La investigación se centrará en una amplia gama de organismos modelo, incluidas bacterias como Bacillus subtilis, eucariotas unicelulares como Paramecium y Tetrahymena, modelos de cultivo de células neuronales y neuronas dentro del cerebro de la mosca de la fruta Drosophila melanogaster. Al estudiar estos sistemas de manera comparativa, el equipo pretende identificar mecanismos moleculares genéricos mediante los cuales se realiza el aprendizaje unicelular.

Red genética de una celula humana. Foto: UPF
 

"Al examinar un conjunto tan diverso de organismos, esperamos descubrir principios fundamentales que gobiernan el aprendizaje a nivel celular", explica el profesor Jordi García-Ojalvo. "Este enfoque comparativo nos permite identificar mecanismos que se conservan en diferentes formas de vida, proporcionando un marco unificador que vincula varias áreas y escalas de la biología".

 De células individuales a sistemas nerviosos complejos

Uno de los ambiciosos objetivos del proyecto es comprender cómo las neuronas individuales durante el desarrollo del cerebro aprenden a formar, estabilizar o eliminar ramas axonales. Este proceso genera patrones sinápticos estereotipados en condiciones muy variables. Al obtener información sobre estos mecanismos, el equipo pretende abordar cuestiones biológicas fundamentales sobre cómo se establecen el aprendizaje y la memoria a nivel celular.

"Comprender cómo las neuronas establecen conexiones precisas es esencial para descifrar el funcionamiento del sistema nervioso", afirma el Dr. Schmucker. "Queremos descubrir cómo las neuronas individuales aprenden a formar estas conexiones a pesar de la complejidad y variabilidad de su entorno".

Formulación de una teoría integral del aprendizaje celular

El equipo interdisciplinario de científicos destacados reunidos en el proyecto, titulado "CeLEARN: aprendizaje en células individuales a través de representaciones internas dinámicas", tiene una experiencia combinada que abarca la teoría de la información, los sistemas dinámicos, la biología celular y el desarrollo neuronal.

Durante los próximos seis años, el proyecto CeLEARN aprovechará la sinergia de su consorcio internacional para ampliar los límites de nuestra comprensión del funcionamiento celular. Al examinar comparativamente una variedad de organismos modelo, el equipo tiene como objetivo identificar las representaciones internas centrales y los mecanismos moleculares universales que permiten el aprendizaje unicelular. Esto podría revelar principios fundamentales aplicables a todo el árbol de la vida, desde las bacterias hasta las neuronas que forman redes en el cerebro en desarrollo.

Mirando hacia el futuro

Se espera que los conocimientos adquiridos en el proyecto CeLEARN tengan un profundo impacto en entender cómo las células aprenden y se adaptan. Al identificar los mecanismos moleculares que subyacen al aprendizaje unicelular, la investigación podría allanar el camino para terapias innovadoras para enfermedades derivadas de la disfunción celular y contribuir al desarrollo de nuevas tecnologías que aprovechen las capacidades de aprendizaje de las células.