Un team dell’Università di Tokyo ha combinato la teoria economica con la biologia per capire come i sistemi naturali rispondono al cambiamento. I ricercatori hanno notato una somiglianza tra il comportamento di acquisto dei consumatori e il comportamento dei sistemi metabolici, che convertono il cibo in energia nel nostro corpo. Il team si è concentrato sulla previsione di come diversi sistemi metabolici potrebbero rispondere al cambiamento ambientale utilizzando uno strumento economico chiamato equazione di Slutsky. I loro calcoli hanno indicato che sistemi metabolici molto diversi condividono effettivamente proprietà universali precedentemente sconosciute e possono essere compresi utilizzando strumenti provenienti da altri campi accademici. I processi metabolici sono utilizzati nello sviluppo di farmaci, nella bioingegneria, nella produzione alimentare e in altri settori, quindi essere in grado di prevedere come tali sistemi risponderanno al cambiamento può offrire molti vantaggi.
Da dove prendi la tua energia? Forse una lunga notte di sonno, o una buona colazione e un po’ di esercizio? Tutte queste attività possono aiutare in quanto supportano un metabolismo sano, i processi chimici attraverso i quali i nostri corpi convertono cibo e bevande in energia. Comprendere come si comportano le singole reazioni metaboliche e prevedere come possono cambiare in circostanze diverse è una grande sfida. Ci sono migliaia di reazioni diverse che ci permettono di muoverci, pensare, crescere, in breve, vivere. Negli ultimi anni è diventato possibile prevedere alcune reazioni attraverso simulazioni numeriche, ma ciò richiede grandi quantità di dati. Tuttavia, i ricercatori dell’Università di Tokyo hanno derivato proprietà universali precedentemente sconosciute dei sistemi metabolici applicando la teoria microeconomica ai loro dati.
“Fino a questa ricerca, pensavamo che i sistemi metabolici variassero così tanto tra le specie e i tipi di cellule che non c’erano proprietà comuni tra loro”, ha spiegato l’assistente professore Tetsuhiro Hatakeyama della Graduate School of Arts and Sciences. “Tuttavia, eravamo molto entusiasti di dimostrare che tutti i sistemi metabolici hanno proprietà universali e che queste proprietà possono essere espresse da leggi molto semplici”. Secondo i ricercatori, questa teoria non richiede la raccolta di dati di base così dettagliati come altri metodi. Può anche essere applicato efficacemente sia che tu stia cercando di capire il comportamento di tutti i processi metabolici in una cellula o concentrandoti solo su una parte, diciamo, ad esempio, quanto ossigeno sta usando.
Hatakeyama, un biofisico, stava osservando alcuni diagrammi del sistema metabolico quando ha notato una sorprendente somiglianza con i diagrammi usati in economia. Questa realizzazione lo ha ispirato a provare un approccio interdisciplinare e ad applicare la teoria economica, che aveva brevemente studiato, alla sua ricerca biologica. Insieme al coautore Jumpei Yamagishi, uno studente laureato nello stesso laboratorio, ha deciso di esplorare come sia i consumatori che le cellule ottimizzano la loro “spesa” per massimizzare il guadagno: mentre noi consumatori spendiamo denaro, le cellule “spendono” nutrienti. Hanno ragionato se ci fossero somiglianze in questo modo, allora forse le stesse teorie utilizzate per identificare i modelli nel comportamento dei consumatori in situazioni finanziarie mutevoli potrebbero anche identificare i modelli nel comportamento metabolico cellulare in ambienti mutevoli.
Più specificamente, i ricercatori si sono concentrati sull’equazione di Slutsky, che viene utilizzata per comprendere i cambiamenti nella domanda dei consumatori. In particolare, è usato per comprendere i cosiddetti beni di Giffen, che controintuitivamente aumentano la domanda quando il prezzo aumenta e diminuiscono quando il prezzo diminuisce. Secondo Hatakeyama, questo è simile al comportamento metabolico cellulare in risposta a un disturbo. Ad esempio, la domanda di respirazione (i beni di Giffen in questo caso) nelle cellule tumorali aumenta, controintuitivamente, con l’aumento del dosaggio del farmaco (il “prezzo”), anche se questo non è vantaggioso per il tasso di crescita del cancro. Il risultato è stato che il team ha scoperto una legge universale su come i sistemi metabolici rispondono al cambiamento.
Uno dei principali vantaggi di questa legge è che può essere utilizzata per comprendere i sistemi metabolici di cui si conoscono pochi dettagli. “I disturbi nei sistemi metabolici portano a una varietà di malattie e la nostra ricerca potrebbe essere utilizzata per proporre nuove strategie di trattamento per malattie per le quali i trattamenti non sono completamente compresi”, ha affermato Hatakeyama. “Inoltre, molti alimenti e medicinali sono realizzati utilizzando i sistemi metabolici degli organismi. Applicando la semplice equazione trovata in questo studio, possiamo sapere come aumentare la produzione dei prodotti realizzati con questi sistemi”. Hatakeyama spera che attraverso ulteriori ricerche interdisciplinari si possano scoprire leggi più universali che porteranno a una varietà di utili applicazioni.
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