Un equipo de la Universidad de Tokio ha combinado la teoría económica con la biología para comprender cómo responden los sistemas naturales al cambio. Los investigadores notaron una similitud entre el comportamiento de compra de los consumidores y el comportamiento de los sistemas metabólicos, que convierten los alimentos en energía en nuestros cuerpos. El equipo se centró en predecir cómo los diferentes sistemas metabólicos podrían responder al cambio ambiental mediante el uso de una herramienta económica llamada ecuación de Slutsky. Sus cálculos indicaron que sistemas metabólicos muy diferentes en realidad comparten propiedades universales previamente desconocidas y pueden entenderse utilizando herramientas de otros campos académicos. Los procesos metabólicos se utilizan en el desarrollo de fármacos, la bioingeniería, la producción de alimentos y otras industrias, por lo que poder predecir cómo responderán dichos sistemas al cambio puede ofrecer muchos beneficios.
¿De dónde obtienes tu energía? ¿Quizás una larga noche de sueño, o un buen desayuno y algo de ejercicio? Todas estas actividades pueden ayudar, ya que respaldan un metabolismo saludable, los procesos químicos mediante los cuales nuestros cuerpos convierten los alimentos y bebidas en energía. Comprender cómo se comportan las reacciones metabólicas individuales y predecir cómo pueden cambiar en diferentes circunstancias es un gran desafío. Hay miles de reacciones diferentes que nos permiten movernos, pensar, crecer, en definitiva, vivir. En los últimos años, se ha vuelto posible predecir algunas reacciones a través de simulaciones numéricas, pero esto requiere grandes cantidades de datos. Sin embargo, los investigadores de la Universidad de Tokio han derivado propiedades universales previamente desconocidas de los sistemas metabólicos aplicando la teoría microeconómica a sus datos.
« Hasta esta investigación, pensábamos que los sistemas metabólicos variaban tanto entre especies y tipos de células que no había propiedades comunes entre ellos », explicó el profesor asistente Tetsuhiro Hatakeyama de la Escuela de Graduados en Artes y Ciencias. « Sin embargo, estábamos muy emocionados de demostrar que todos los sistemas metabólicos tienen propiedades universales, y que estas propiedades pueden expresarse mediante leyes muy simples ». métodos. También se puede aplicar de manera efectiva ya sea que esté tratando de comprender el comportamiento de todos los procesos metabólicos en una célula o enfocándose solo en una parte, digamos, por ejemplo, cuánto oxígeno está usando.
Hatakeyama, un biofísico, estaba mirando algunos diagramas del sistema metabólico cuando notó una sorprendente similitud con los diagramas usados en economía. Esta realización lo inspiró a probar un enfoque interdisciplinario y aplicar la teoría económica, que había estudiado brevemente, a su investigación en biología. Junto con el coautor Jumpei Yamagishi, un estudiante graduado en el mismo laboratorio, decidió explorar cómo los consumidores y las células optimizan su « gasto » para maximizar la ganancia : mientras que nosotros, como consumidores, gastamos dinero, las células « gastan » nutrientes. Razonaron que si había similitudes de esta manera, entonces quizás las mismas teorías que se utilizan para identificar patrones en el comportamiento del consumidor en situaciones financieras cambiantes también podrían identificar patrones en el comportamiento metabólico celular en entornos cambiantes.
Más específicamente, los investigadores se centraron en la ecuación de Slutsky, que se utiliza para comprender los cambios en la demanda de los consumidores. En particular, se utiliza para comprender los llamados bienes Giffen, cuya demanda aumenta de manera contraintuitiva cuando el precio aumenta y disminuye cuando el precio disminuye. Según Hatakeyama, esto es similar al comportamiento metabólico celular en respuesta a una perturbación. Por ejemplo, la demanda de respiración (los bienes de Giffen en este caso) en las células cancerosas aumenta, en contra de la intuición, con el aumento de la dosis del fármaco (el « precio »), aunque esto no sea beneficioso para la tasa de crecimiento del cáncer. El resultado fue que el equipo descubrió una ley universal sobre cómo los sistemas metabólicos responden al cambio.
Uno de los beneficios clave de esta ley es que se puede utilizar para comprender los sistemas metabólicos sobre los que se conocen pocos detalles. « Las alteraciones en los sistemas metabólicos conducen a una variedad de enfermedades, y nuestra investigación podría usarse para proponer nuevas estrategias de tratamiento para enfermedades para las cuales los tratamientos no se comprenden completamente », dijo Hatakeyama. « Además, muchos alimentos y medicamentos se fabrican utilizando los sistemas metabólicos de los organismos. Al aplicar la ecuación simple que se encuentra en este estudio, podemos saber cómo aumentar la producción de productos elaborados con estos sistemas ». Hatakeyama espera que a través de más investigaciones interdisciplinarias, se puedan descubrir más leyes universales que conduzcan a una variedad de aplicaciones útiles.