A pesar de estar compuestas por células genéticamente idénticas, las comunidades de bacterias pueden presentar disparidad en la expresión de ciertos genes. Esta variabilidad produce una heterogeneidad fenotípica que puede ser explotada por poblaciones isogénicas para implementar estrategias de apuesta-cobertura o de división del trabajo que les permiten realizar tareas complejas y adaptarse a cambios ambientales súbitos. Aunque los beneficios para la población pueden ser evidentes, los mecanismos genéticos y moleculares que subyacen dicha variabilidad celular son poco conocidos. El programa de investigación propuesto está compuesto de una serie de proyectos interdisciplinarios diseñados para evaluar los mecanismos que subyacen variabilidad fenotípica en poblaciones clonales de bacterias. En particular, estamos interesados en desarrollar sistemas experimentales que permitan cuantificar el efecto que tiene dicha heterogeneidad en el comportamiento estratégico que presentan algunas comunidades de bacterias para sobrevivir, por ejemplo, a la acción de sustancias antimicrobianas. Para llevar a cabo este proyecto utilizaré herramientas matemáticas y computacionales desarrolladas en el contexto de biología matemática y de sistemas, complementadas con novedosas técnicas de microbiología experimental que nos permitirán cuantificar los patrones de expresión genética, tanto en células individuales cómo a nivel de poblaciones. Esta retroalimentación continua entre teoría y experimentación nos permitirá hacer predicciones cuantitativas acerca de la dinámica ecológica y evolutiva de poblaciones de bacterias en microcosmos experimentales. Los fondos solicitados tienen como objetivo principal adquirir los consumibles y reactivos necesarios para la fabricación de los dispositivos de microfluídica que, complementados con técnicas de microscopía de fluorescencia y algoritmos de procesamiento de imágenes, nos permitan cuantificar la dinámica temporal de expresión genética a nivel de células individuales en una comunidad de bacterias. También se solicitan recursos para dos becas de licenciatura, así como para solventar los costos de publicación y los gastos asociados a la presentación de los resultados que emanen de este proyecto en un congreso internacional y uno nacional.

El programa de investigación que se presenta en esta propuesta es relevante y oportuna, puesto que existen muy pocos estudios teórico-experimentales en la literatura que han cualificado la dinámica de regulación genética en células individuales. Los experimentos propuestos proveerían información esencial necesaria para la construcción de modelos dinámicos de control transcripcional que se podrían utilizar para estudiar los mecanismos de regulación genética que mantienen a una población heterogénea evolutivamente óptima. Además, el carácter interdisciplinario de esta propuesta sugiere una amplia gama de beneficiarios directos de los componentes tecnológicos de este proyecto, por ejemplo la elaboración de dispositivos de microfluídica y el desarrollo de software de análisis cuantitativo de imágenes obtenidas mediante microscopía de fluorescencia.