La estrategia de búsqueda de los seres vivos o células puede ayudar al desarrollo de aplicaciones dirigidas al rescate de personas, a la localización de animales o la detección de patógenos. En el Centro de Estudios Avanzados de Blanes (CEAB-CSIC) trabajan en esta área. En una investigación reciente, han estudiado la estrategia de búsqueda de patógenos de los linfocitos T.

Una de las imágenes del trabajo del análisis del movimiento de los linfocitos T. A la izquierda, el linfocito (T-cell), en rojo, sobre una molécula que delata de la presencia de patógenos (APC, del inglés Antigen presenting-cell).Antes de desencadenar una respuesta inmune a nivel celular, los linfocitos T o T cells, deben haber detectado la presencia de patógenos. ¿Cómo lo hacen? En el marco del proyecto SUSE (Social Uses of Search Ecology: Stochastic Fundation and Experimental Research), dirigido por Frederic Bartumeus del Centro de Estudios Avanzados de Blanes (CEAB) del CSIC, se ha analizado cuál es la estrategia que utilizan los linfocitos T para detectar las moléculas que informan de la presencia de virus, bacterias, hongos, etc.

Los científicos han podido demostrar, en un trabajo que acaban de publicar, que estas moléculas son detectadas por contacto, mediante movimientos de la membrana celular de los linfocitos T.

Este trabajo se ha hecho con la colaboración del Departamento de Patología del Biological Imaging Center, de San Francisco (EE.UU.). Este equipo, liderado por Matthew F. Krummel, trabaja con los linfocitos T para aplicar los conocimientos basados en la observación empírica, teorías físicas y modelos matemáticos de las estrategias de búsqueda en diferentes niveles dentro del cuerpo humano en campos como el de la nanorobótica.

Una aplicación es conseguir la máxima eficiencia de los nanorobots en aplicaciones como las terapias dirigidas (drug delivery)

Una aplicación de esta investigación es conseguir la máxima eficiencia de los nanorobots en aplicaciones como las terapias dirigidas (drug delivery), que permitirán llevar los medicamentos a los lugares exactos del cuerpo donde se necesitan. O bien, de forma más general, mejorar la eficiencia de respuesta de los sistemas inmunes a través de estas máquinas minúsculas.

SUSE y los usos sociales de la ecología de la búsqueda

El proyecto SUSE trabaja en el ámbito de las estrategias de búsqueda biológicas, desde el mundo celular hasta la movilidad humana. Comprender la complejidad estructural y los mecanismos que generan la conducta de búsqueda es fundamental en campos muy diversos de la ciencia. Asimismo, este conocimiento puede ser aplicable en ámbitos de relevancia social que van desde la biomedicina, la psicología humana, la criminología, el neuromarketing, o bien el rescate de personas y el censo poblacional de especies en peligro de extinción o reintroducidas mediante drones, como el oso en el Pirineo.

La estrategia para buscar alimento, pareja, cobijo o nuevos hábitats para explotar, representa un equilibrio entre explotar información disponible y explorar territorio desconocido para hacer nuevos descubrimientos. En una se hace uso de la información que se tiene previamente o a disposición, y en la otra se necesita de una estrategia de movimiento que puede incluir un cierto grado de azar para recopilar información nueva.

Explorar este campo con la suficiente profundidad y precisión con la idea de encontrar posibles aplicaciones a los actuales retos de la sociedad es el objetivo principal del equipo del proyecto SUSE.

Lo hacen mediante la experimentación con organismos modelos sencillos, pero a la vez con suficiente complejidad de comportamiento, como es el caso de los nematodos o las hormigas. Pero también con personas, a través de experimentos de búsqueda visual en pantallas y gracias a una app diseñada específicamente para estudiar, mediante juegos virtuales, qué es lo que nos impide a los humanos tener un comportamiento explorador más eficaz.

Aunque este grupo del CEAB, en el contexto del proyecto SUSE, ya está desarrollando algoritmos de búsqueda bioinspirados para buscar su aplicabilidad fuera del ámbito biológico, nunca antes habían tenido la oportunidad de estudiar los movimientos de exploración a nivel subcelular con tanta resolución.

Articles científicos del proyecto SUSE:

Frederic Bartumeus, Daniel Campos, William S. Ryu, Roger Lloret-Cabot, Vicenç Méndez and Jordi Catalan. Foraging success under uncertainty: search tradeoffs and optimal space use. Ecology Letters, (2016) 19: 1299-1313.

Matthew F. Krummel, Frederic Bartumeus and Audrey Gérard. T cell migration, search strategies and mechanisms. Nature Reviews Immunology, (2016) 16(3): 193-201.

En Cai, Kyle Marchuk, Peter Beemiller, Casey Beppler, Matthew G. Rubashkin, Valerie M. Weaver, Bi-Chang Chen, Eric Betzig, Frederic Bartumeus and Matthew F. Krummel. Visualizing dynamic microvillar search and stabilization during ligand detection by T cells. Science, (2017) 356: (6338): eaal3118.