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Regulación y evolución en bacterias y núcleo de Linux.

Ars Technica ha publicado un artículo interesante que compara al núcleo de Linux con el genoma de la Escherichia coli. He realizado una traducción de éste, la cual ahora comparto con nuestros lectores.

Si se ha leído suficiente de los reportes sobre cómo se completan los genomas, invariablemente se debe de haber encontrado material de un escritor científico que ha comparado en genoma como si fuera el sistema operativo de una célula.

Un grupo de investigadores de la Universidad de Yale decidió tomar esta metáfora en serio. Crearon un gráfico del núcleo de Linux y lo compararon con el gráfico de una red de regulación de genes de la bacteria intestinal Escherichia coli. Siendo que los dos sirven propósitos radicalmente diferentes, sorprende poco que los gráficos sean radicalmente diferentes. Sin embargo, lo que si sorprendió es que hay muchos puntos de comparación.

Para crear el gráfico de la red de regulación de genes de la E. coli, los autores dividieron los genes en tres categorías. Algunos genes jamás hacen regulación; realizan una función estructural y metabólica y solo reciben procesamientos desde los reguladores. Éstos fueron definidos como genes que hacen trabajos pesados y se colocaron en los cimientos del gráfico. Otros genes participaron un redes reguladoras, recibiendo procesamientos a partir de sus similares y controlando tanto a los procesos de los genes que hacen trabajos pesados y otros reguladores —fueron definidos como gestores intermedios. Finalmente, unos cuantos reguladores maestros se colocaron en la cima de la jerarquía y solo regulaban otros genes.

Ésto fue obviamente un análisis simplista. Aún los reguladores maestros jamás fueron producidos sí se carecía de una maquinaria básica para transcribir los genes. Algunas relaciones reguladoras dependían de más cosas que las proteínas —las proteínas solo funcionan si en los alrededores hay una pequeña molécula específica para señalizar. Y, finalmente, la transcripción de genes dista mucho de ser el único nivel en el cual se lleva a cabo la regulación, siendo que hay muchos pasos bioquímicos entre éste proceso y una proteína funcional.

Aunque éstas son excepciones significativas, el patrón que vieron los autores es muy obvio: las bacterias tienen una jerarquía muy pesada parte inferior rica en genes que realizan trabajos pesados. La mayoría de los genes generan proteínas que salen y hacen otras funciones; los gestores intermedios y los reguladores maestros suman cada uno en total menos del cinco por ciento de el total del complemento del gen.


Bacerias (izquierda) tiene una jerarquía muy rica en genes que realizan trabajo pesado, mientras que el núcleo de Linux (izquierda) está lleno en los niveles superior e intermedio de gestión.
Imagen cortesía del autor del estudio, Koon-Kiu Yan.

Mirando hacia el núcleo de Linux, se puede observar un gráfico que tiene funciones similares. Algunas de éstas se realizan sin tener que depender de invocar otra función y que viene siendo similar al nivel de los genes que realizan trabajos pesados. Los gestores intermedios requieren de otras funciones para realizar sus tareas y a cambio se son utilizadas por diferentes conjuntos de funciones. Finalmente, los reguladores maestros jamás son invocados por otros procesos, aunque requieren llamados hechos a otras funciones para poder completar su trabajo.

Basado sobre este criterio, el núcleo de Linux tiene un gráfico con mucho peso sobre los gestores. Más del ochenta por ciento de las funciones en el gráfico aparecen en ls dos niveles superiores.

Los autores luego realizaron varias comparaciones. Para empezar, definieron los módulos como redes reguladoras en las cuales el control fluye desde los reguladores maestros hacia los procesos de trabajo pesado. Debido a la falta de un gestor superior, el genoma de la E. coli solo tiene 64 de éstos; el núcleo de Linux tiene tres mil seiscientos. Los módulos de las bacterias también tienden a operar de manera aislada. Menos del 5% de éstos se sobreponen y solo un 15.6% de los genes son reutilizados. El equivalente en números de las funciones de Linux son 81 y 88%.

Hay un intrigante paralelismo con el objeto más frecuentemente utilizado. Para el núcleo de Linux es printk, el cual gestiona la pantalla estándar y se muestra junto con en el 90% de los módulos. Para E. coli, es una proteína que controla el flujo de los metabolitos a través de la membrana celular. Ésto puede ser central, pero aún así solo se muestra en tan solo el 20% de los módulos.

Luego los investigadores utilizaron un punto de vista evolutivo. Los genes persistentes fueron identificados basado sobre la conservación a través de 200 especias de bacterias. Las funciones persistentes son las que han prevalecido desde la primera versión del núcleo de Linux.

Para las bacterias, casi todos los genes persistentes son los mismos genes que realizan trabajo pesado y muy pocos de éstos aparecen en múltiples módulos reguladores. Para el núcleo de Linux, ha una predisposición hacia la persistencia in las funciones de gestión y esas funciones que han prevalecido tienden a ser más utilizadas por varios módulos.

Los autores argumentan que estas diferencias son el producto de diferentes formas de selección. Para la E. coli, el apremio que mantiene los módulos reguladores separaos es una necesidad para robustez. Sí uno de los genes involucrados se daña, solo una pequeña porción de la red de la célula se inactiva, de modo tal que los problemas jamás se propagan. En contraste, el núcleo de Linux es restringido por una combinación de componentes de computadora, necesidades de usuario y planes de desarrollo. Los primeros dos pueden mantener las funciones trabajando por un tiempo, aún si son poco útiles. El segundo coloca una prima sobre la re-utilización de código, la cual puede ayudar a generar una tendencia hacia la sobreposición de módulos.

Todo lo lo anterior puede parecer una explicación clara y concisa, pero quizá poco confiable (en el estudio, denominaron como «popular« el uso de GNU/Linux). Sin embargo, los autores sugieren que planean trabajar con Eucariotes (células con núcleo), que son mucho más complejos y parecen tener una mayor fracción de genes que actúan en los niveles reguladores. Si están en lo cierto, los Eucariotes podrían ser más similares al núcleo de Linux.

Fuente: Ars Technica.


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