Dengue vs cómputo matemático
El dengue es una enfermedad grave que afecta anualmente a 390 millones de personas en el mundo, según la Organización Mundial de la Salud (12,706 casos confirmados en México en 2018). A pesar de que se ha dedicado mucho tiempo, dinero y esfuerzo, aún no se ha podido desarrollar una vacuna contra esta enfermedad.
Gracias a la ciencia, todos sabemos que el dengue es causado por un agente microscópico llamado virus. Un equipo de investigadores del Centro de Investigación en Matemáticas (Cimat) y del Centro de Investigación y Estudios Avanzados (Cinvestav) del IPN combina la biofísica y el cómputo matemático para estudiar las propiedades mecánicas de las armaduras exteriores de los virus, llamadas cápsides, que, podría decirse, son como cascarones.
La investigación tiene el objetivo de encontrar los puntos débiles de dichos cascarones (https://doi.org/10.1002/ cnm.2991), lo cual se logra a través del desarrollo de modelos físico-matemáticos y la ejecución de simulaciones computacionales que requieren de conjuntos grandes de potentes computadoras (llamados clústeres) pues, en comparación, una computadora de escritorio tardaría muchos años en terminar.
Actualmente ya se conocen muchas características de estos virus, tales como la manera en que infectan organismos y se replican dentro de ellos. Más aún, los fisicobiólogos han podido determinar la forma y tamaño de las cápsides de muchos virus. En el caso del dengue, su cápside tiene forma muy similar a la de un balón de futbol, pero pequeñísima y con muchos hoyitos.
El modelo geométrico desarrollado por el equipo CimatCinvestav consta de millones de cubos pequeñísimos que, en conjunto, aproximan fielmente la forma, el tamaño y la porosidad de la cápside. Con este conjunto de cubos diminutos, se simula computacionalmente el experimento de nanoidentación, que básicamente consiste en apachurrar la cápside. Así, se ha logrado identificar las zonas donde la cápside realiza los mayores esfuerzos para oponer resistencia a la nanoidentación.
Es muy probable que precisamente esas zonas sean los lugares clave por dónde atacar a los virus de manera eficaz. Este es un ejemplo de cómo la ciencia, la tecnología y la aplicación del conocimiento de diversas áreas (biología, física, matemáticas y computación), concurren y contribuyen hacia la resolución de importantes problemas contemporáneos que afectan la vida diaria de las personas. En un futuro cercano, se aplicarán técnicas de análisis topológico de datos para investigar la relación entre otros parámetros físicos de la cápside y la distribución y tamaño de los hoyitos con respecto al grosor del cascarón.
Acerca del autor:
El doctor Rafael Herrera Guzmán es investigador del Centro de Investigación en Matemáticas (Cimat) desde el2005 y miembro del Sistema Nacional de Investigadores (nivel 3) dentro del Área de Física, Matemáticas y Ciencias de la Tierra. Ha recibido distinciones académicas tales como una “Guggenheim Fellowship” (20022003), una “Research Fellowship” de la Japan Society for the Promotion of Science (2005-2006), una Fellowship de la IMU Berlin Einstein Foundation de Alemania (2012), y una distinción como regular associate del International Centre for Theoretical Physics de Italia (2009-2016).
Desde hace varios años realiza investigación en geometría de variedades con estructuras especiales, así como en aplicaciones de geometría diferencial en temas computacionales como redes neuronales, algoritmos evolutivos y métodos numéricos para resolver ecuaciones diferenciales parciales.