En los últimos días nos hemos relacionado bastante con los virus, producto de la pandemia de la enfermedad COVID-19 generada por el virus SARS-CoV-2, lo cual ha generado una cantidad impresionante de conocimiento y desarrollo científico para lograr obtener una vacuna segura y efectiva que logre controlar la enfermedad. Pero el objetivo de esta publicación no es aburrirlos con noticias como el número de contagios y personas fallecidas, sino mas bien hablar sobre los misterios matemáticos que presentan los virus.
En biología se considera un virus como una partícula microscópica que presenta un código genético dentro de una envoltura de proteínas que no presenta la capacidad de reproducirse por sí sola, por lo que necesita de otra célula para poder utilizar su maquinaria celular y lograr multiplicarse; en virología, se consideran como agentes infecciosos microscópicos acelulares que solo logran reproducirse dentro de una célula de otros organismos. Pero no nos detengamos ahí, detrás de este proceso, hay un asombroso mecanismo de supervivencia que sorprende a científicos de distintas áreas como biólogos, físicos, ingenieros y matemáticos.
La clave del mecanismo estaría en las matemáticas, específicamente en la geometría. Ya es bastante conocida la forma esférica con puntas del coronavirus, de hecho por eso recibe ese nombre, ya que las proteínas “spike” de la superficie asemejan una corona vista al microscopio. Pero algo más interesante, cada virus genera su propia estructura geométrica diferente, lo cual condicionará su funcionamiento y mecanismo de propagación.
Los genetistas, Francis Crick y James Watson, quiénes descubrieron la estructura de doble hélice del ADN gracias a los importantes descubrimientos de Rosalind Franklin (que para mí es la científica que descubrió la estructura del ADN), fueron los primeros en intentar explicar la estructura de los virus y propusieron que los virus siguen una simetría en la organización de la estructura de proteínas de su cápside o envoltura por una cuestión de economía genética. ¿Qué quiere decir esto?, la explicación estaría en la codificación genética de sus proteínas, ya los virus necesitan propagarse y mantenerse en el ambiente, protegiendo su material genético, para esto tienen que generar una mínima cantidad de energía para formarse, lo cual explica por qué los virus utilizan el mismo tipo de moléculas una y otra vez, siguiendo así un patrón geométrico que da lugar a una estructura poliedral. De esta forma, el biólogo Donald Caspar y el bioquímico Aaron Klug proponen que los virus esféricos en realidad son estructuras en forma de cúpulas geodésicas o domos (teoría Caspar-Klug), lo cual generaría un nuevo concepto de casi-equivalencia que serviría para predecir aproximadamente dónde se ubican las proteínas en la cubierta del virus.
Actualmente, un equipo de investigadores de la Universidad de York y de la Universidad de San Diego han desarrollado un nuevo método matemático para entender la estructura de los virus. El artículo fue publicado en la revista Nature Communications y mencionan que esta nueva conceptualización matemática explicaría algunos problemas abiertos de la teoría Caspar-Klug. Con la ayuda de la tecnología e imágenes microscópicas se logró entender que los contenedores de proteínas de los virus se han desarrollado con diferentes arquitecturas icosaédricas (cuerpo geométrico de veinte caras) para proteger su material genético. Junto con la teoría Caspar-Klug y estos nuevos avances, el análisis exacto de estas propiedades físicas de los virus permitiría conocer los puntos flacos de su estabilidad y comprender mejor cómo atacar los mecanismos de infección, menciona la profesora Reidun Twarock.
Disfruten su tarde y recuerden que being a scientific was too mainstream.
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