Araujo, da QUT School of Mathematical Sciences, disse que os resultados da pesquisa representam um modelo para redes de sinalização com capacidade de adaptação em todos os domínios da vida e para o design de biossistemas sintéticos.
“Nosso estudo considera um processo chamado adaptação perfeita robusta (RPA), em que sistemas biológicos, de células individuais a organismos inteiros, mantêm moléculas importantes dentro de faixas de concentração estreitas, apesar de serem continuamente bombardeados com distúrbios no sistema”, disse o Dr. Araujo.
“Até agora, ninguém tinha uma maneira geral de explicar como esse processo vital foi orquestrado no nível molecular através das vastas, complexas e muitas vezes altamente intrincadas redes de reações químicas entre diferentes tipos de moléculas, principalmente proteínas.
“Agora resolvemos esse problema, descobrindo princípios fundamentais de design em nível molecular que organizam todas as formas de complexidade biológica em estruturas de reação química promotoras de robustez e, finalmente, promotoras de sobrevivência”.
Araujo disse que descobriu que coleções de moléculas em interação em sistemas vivos não podem simplesmente “transmitir” sinais bioquímicos, mas devem realmente fazer “cálculos” nesses sinais.
“Essas complexas interações intermoleculares devem implementar um tipo especial de regulação conhecido como controle integral — uma estratégia de design conhecida pelos engenheiros por quase um século.
“No entanto, as redes de sinalização na natureza são muito diferentes, tendo evoluído para depender das interações físicas entre moléculas discretas. Portanto, as ‘soluções’ da natureza operam por meio de coleções notáveis e altamente intrincadas de interações, sem componentes de computação integral especialmente projetados pela engenharia e muitas vezes sem loops de feedback.
“Mostramos que as estruturas de rede molecular usam uma forma de controle integral na qual múltiplas integrais independentes, cada uma com uma estrutura muito especial e simples, podem colaborar para conferir a capacidade de adaptação a moléculas específicas.
“Usando um algoritmo algébrico baseado nessa descoberta, conseguimos demonstrar a existência de integrais embutidos em redes de reações químicas biologicamente importantes, cuja capacidade de exibir adaptação nunca poderia ser explicada por nenhum método sistemático”.
O professor Liotta disse que a busca para descobrir os princípios fundamentais de design de sistemas biológicos em toda a natureza é considerada um dos grandes desafios mais importantes e de longo alcance nas ciências da vida.
“Com base nesta nova pesquisa inovadora, a RPA atualmente se destaca como uma resposta biológica fundamental para a qual agora existe uma estrutura explicativa universal.
“É uma estrutura que impõe critérios de design rígidos e invioláveis em redes arbitrariamente grandes e complexas, e que agora responde pelas sutilezas das intrincadas interações intermoleculares na microescala da rede.
“Em um nível prático, essa descoberta pode fornecer uma abordagem completamente nova para enfrentar grandes desafios na medicina personalizada, como resistência a medicamentos contra o câncer, dependência e doenças autoimunes”.