Analogías y comentarios de la lectura de Griffiths et al. (Capítulo 5)

Sobre la genética de las bacterias y sus virus creo que hay que hacer un alto y prestar atención, ya que el mayor nivel de analogía entre el enfoque clásico de los GA y la biología se da con las bacterias.

Las bacterias son microorganismos unicelulares. Estas células, a diferencia de los organismos multicelulares, son llamadas procariotas, cuya diferencia fundamental con las eucariotas es que no posee un núcleo celular diferenciado.

Sobre los virus no se puede afirmar que constituyan una forma de vida, dado que no pueden crecer ni multiplicarse por si sólos, dado que tienen que parasitar células vivas y utilizar la maquinaria celular de ellas para reproducirse. Su material genético puede ser ADN o ARN que constituyen un cromosoma corto. Los virus que parasitan bacterias son llamados bacteriófagos o fagos.

La combinación de material genético en las bacterias puede darse de diversas maneras:

  • Conjugación: Cuando las bacterias se unen físicamente, pueden transferir plásmidos, tomando una el rol de donante, y la otra, de receptora.  La recombinación que se da durante la conjugación se lleva a cabo mediante una operación de crossing-over de dos puntos1, que genera dos recombinaciones recíprocas, de las que una sola sobrevive. Es un proceso bastante parecido a una reproducción sexual.conjugacion
  • Transformación: Algunas bacterias tienen la capacidad de tomar fragmentos de ADN del exterior. Estos fragmentos pueden provenir de células de la misma u otra especie, puede ser también ADN de células muertas o ADN secretado por otras bacterias. Si el ADN tomado del exterior es de un genotipo distinto al del receptor, este último puede ser cambiado definitivamente, y a este proceso se lo conoce como transformación.
  • Transducción: Algunos fagos pueden tomar genes de las bacterias a las que se adhieren y llevar ese material a otras bacterias, que luego es combinado dentro de estas últimas. La transducción generalizada ocurre durante la formación de un fago cuando un fago accidentalmente incorpora ADN bacterial en lugar de ADN del fago en cuestión pudiendo transferir cualquier gen de la bacteria infectada. La transducción especializada se debe a un despliegue fallido del prófago2 de cromosoma bacterial, por lo que el nuevo fago incluye genes del fago y de la bacteria.

El cross-over que hacemos en GA parece ser análogo a la conjunción de bacterias dado que si bien no contamos con sexo, hay un apareamiento de individuos, solo que no parece haber un gran despliegue de la selección natural, ya que basta que dos bacterias tengan contacto físico para que pueda ocurrir este tipo de interacción. En GA se utiliza una función de selección otorgándole mayor posibilidad a los individuos más aptos según su función de fitness.

Sabemos que los GA funcionan fundamentándonos en el teorema de los esquemas3, que fundamentalmente dice que existen bloques útiles que son reutilizados durante la evolución de los individuos de nuestro problema. Parece interesante estudiar qué sucede, si para dar más creatividad introducimos el concepto de fagos, que puedan ejecutar un proceso similar al de transducción en células, pero con nuestros individuos-soluciones… Creo que tiene su complejidad (no tanto la implementación) la evaluación de cuán beneficioso, o en qué casos se puede utilizar. A estudiar…

Respecto al proceso de transformación y considerando que nuestros GAs no corren en una sopa de enzimas y proteínas, puede ser muy tirado de los pelos tratar de introducir un proceso análogo en dichos términos. Esto no impide que podamos pensar un tipo de transformación en los casos en los que nuestras generaciones de soluciones estén trabadas en óptimos locales y no funcione correctamente el proceso de back-propagation… A pensar…


Notas
1 Ver entrada anterior.
2 El ADN viral incorporado en el ADN de la célula huésped.
3 Michalewitz, Z. – Capítulo 3 “GAs: Why do they work?” de “Genetic Algorithms + Data Structures = Evolution Programs”. Ver extracto: michalewitz – why do they work
Las ilustraciones fueron tomadas de “Introduction to Genetic Analysis 9th Edition” Griffiths et al.

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