Científicos de la Escuela de Graduados en Ciencia y Tecnología de la Información de la Universidad de Tokio calcularon la eficiencia de la red sensorial que utilizan las bacterias para moverse hacia los alimentos y encontraron que era óptima desde el punto de vista de la teoría de la información. Este trabajo puede conducir a una mejor comprensión del comportamiento bacteriano y sus redes sensoriales.

A pesar de ser organismos unicelulares, bacterias como E. Coli pueden realizar algunas hazañas impresionantes de detección y adaptación en condiciones ambientales en constante cambio. Por ejemplo, estas bacterias pueden sentir la presencia de un gradiente químico que indica la dirección de la comida y moverse hacia ella. Este proceso se llama quimiotaxis, y ha demostrado ser notablemente eficiente, tanto por su alta sensibilidad a pequeños cambios de concentración como por su capacidad para adaptarse a los niveles de fondo. Sin embargo, la cuestión de si este es el mejor sistema de detección posible que puede existir en entornos ruidosos, o un compromiso evolutivo subóptimo, no se ha determinado.

Ahora, Investigadores de la Universidad de Tokio han demostrado que el modelo estándar que utilizan los biólogos para describir la quimiotaxis bacteriana es, De hecho, matemáticamente equivalente a la dinámica óptima. En este marco, los receptores en la superficie de la bacteria pueden ser modulados por la presencia de las moléculas diana, pero esta red de señalización puede verse afectada por ruido aleatorio. Una vez que las bacterias determinan si están nadando hacia o lejos de la comida, pueden ajustar su comportamiento de natación en consecuencia.

"E. coli puede moverse en línea recta o reorientarse aleatoriamente a través de volteretas. Al reducir la frecuencia de volteretas cuando detecta un gradiente de concentración de atrayente positivo, la bacteria puede moverse preferentemente hacia la comida, "dice el primer autor Kento Nakamura.

Usando la teoría de filtrado no lineal, que es una rama de la teoría de la información que se ocupa de la actualización de información basada en un flujo de información en tiempo real, los científicos demostraron que el sistema utilizado por las bacterias es realmente óptimo.

"Encontramos que el mejor sistema de filtrado de ruido posible coincide con el modelo bioquímico del sistema sensorial de E. coli, "explica el autor principal Tetsuya J. Kobayashi.

Los resultados de esta investigación también pueden aplicarse a los sistemas sensoriales de otros organismos, como los receptores acoplados a proteína G utilizados para la visión. Dado que todos los sistemas vivos necesitan poder detectar y reaccionar a sus entornos, este proyecto puede ayudar a evaluar la eficiencia del filtrado de información de manera más general.