Científicos han encontrado que una enzima presente en una cianobacteria adopta la estructura fractal del "Triángulo de Sierpinski".

Científicos han descubierto la primera enzima microbiana que exhibe un patrón fractal regular en la naturaleza. Presentada por el Instituto Max Planck (IMP) y la Universidad de Philipps en Marburg, Alemania, esta molécula proteica sigue un patrón de autosimilitud matemática similar a los fractales. La estructura biológica mantiene su forma triangular conforme construye composiciones de mayor tamaño.

Los fractales son estructuras que exhiben autosemejanza, lo que significa que sus partes son similares al todo. Esta propiedad se mantiene independientemente de la escala de observación: ya sea que te acerques o te alejes del fractal, su forma y distribución permanecen iguales.

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Las estructuras similares a fractales son abundantes en la naturaleza y se observan en diversas escalas. Desde los cúmulos de galaxias hasta las espirales de la Vía Láctea, las nubes terrestres, los patrones de los ríos y la ramificación de los árboles, estas formas se repiten. Aunque era una intuición extendida, no se había demostrado en objetos moleculares naturales hasta ahora.

El hallazgo marca un hito en la exploración de las estructuras matemáticas en la biología. Descubrieron que una enzima microbiana, específicamente la citrato sintasa de la Synechococcus elongatus, una cianobacteria, se organiza naturalmente en la forma del "Triángulo de Sierpinski". Esta figura es reconocida por su patrón de tres vértices conformado por triángulos infinitos.

Existen otras moléculas que exhiben patrones fractales, pero suelen perder su forma a medida que aumentan de escala. Lo notable de la enzima de la cianobacteria es que es la primera identificada que se agrupa de forma regular, sin suavizarse a medida que crece. Los investigadores responsables del estudio reconocen que el descubrimiento fue fortuito.

“Nos topamos con esta estructura por pura casualidad y casi no podíamos creer lo que vimos cuando tomamos imágenes por primera vez con un microscopio electrónico. La proteína forma estos hermosos triángulos y, a medida que el fractal crece, vemos estos vacíos triangulares cada vez más grandes en el medio de ellos, lo cual es totalmente diferente a cualquier conjunto de proteínas que hayamos visto antes", explicó Franziska Sendker, autora principal del estudio.

La magia de la simetría

Los investigadores lograron reproducir el descubrimiento en el laboratorio utilizando un método estadístico para calcular la secuencia de las proteínas en el fractal molecular. La disposición de los triángulos surgió repentinamente debido a un pequeño número de mutaciones. De manera paradójica, el fractal se formó gracias a la asimetría en el ensamblaje. 

Normalmente, las proteínas se autoensamblan en la misma disposición que sus vecinas, lo que hace que el fractal desaparezca a grandes escalas. "Diferentes cadenas de proteínas realizaron interacciones ligeramente diferentes en diferentes posiciones. Esto fue la base para formar el Triángulo de Sierpinski, con sus vacíos internos", concluye el blog del IMP.

Para los científicos, el patrón matemático de autosimilitud no parece ofrecer ventajas o desventajas evidentes en el desarrollo de las cianobacterias. Estas muestran un comportamiento similar independientemente de si sus enzimas adoptan formas fractales o no. 

Por el momento, la mejor aproximación de los científicos a una respuesta es que el fractal es probablemente un mero accidente biológico que puede replicarse porque es "fácil" llegar a ese resultado.