Cientistas da Escola de Graduação em Ciência e Tecnologia da Informação da Universidade de Tóquio calcularam a eficiência da rede sensorial que as bactérias usam para se mover em direção aos alimentos e descobriram que é ótima do ponto de vista da teoria da informação. Este trabalho pode levar a uma melhor compreensão do comportamento bacteriano e de suas redes sensoriais.

Apesar de serem organismos unicelulares, bactérias como a E. Coli podem realizar algumas façanhas impressionantes de detecção e adaptação em condições ambientais em constante mudança. Por exemplo, essas bactérias podem sentir a presença de um gradiente químico indicando a direção do alimento e se moverem em sua direção. Este processo é chamado de quimiotaxia, e tem se mostrado extremamente eficiente, tanto por sua alta sensibilidade a pequenas mudanças na concentração quanto por sua capacidade de se adaptar aos níveis de fundo. Contudo, a questão de saber se este é o melhor sistema de detecção possível que pode existir em ambientes ruidosos, ou um compromisso evolutivo subótimo, não foi determinado.

Agora, pesquisadores da Universidade de Tóquio mostraram que o modelo padrão que os biólogos usam para descrever a quimiotaxia bacteriana é, na verdade, matematicamente equivalente à dinâmica ótima. Nesta estrutura, receptores na superfície da bactéria podem ser modulados pela presença das moléculas alvo, mas esta rede de sinalização pode ser afetada por ruído aleatório. Uma vez que as bactérias determinam se estão nadando em direção ou para longe da comida, eles podem ajustar seu comportamento de natação de acordo.

"A E. coli pode se mover em linha reta ou reorientar aleatoriamente por meio de tombamento. Ao reduzir a frequência de queda quando detecta um gradiente positivo de concentração de atrativo, a bactéria pode se mover preferencialmente em direção à comida, "diz o primeiro autor Kento Nakamura.

Usando a teoria de filtragem não linear, que é um ramo da teoria da informação que lida com a atualização de informações com base em um fluxo de informações em tempo real, os cientistas mostraram que o sistema usado pelas bactérias é realmente ótimo.

"Descobrimos que o melhor sistema de filtragem de ruído possível coincide com o modelo bioquímico do sistema sensorial de E. coli, "explica o autor sênior Tetsuya J. Kobayashi.

Os resultados desta pesquisa também podem ser aplicados a sistemas sensoriais em outros organismos, como os receptores acoplados à proteína G usados ​​para a visão. Uma vez que todos os sistemas vivos precisam ser capazes de sentir e reagir aos seus ambientes, este projeto pode ajudar a avaliar a eficiência da filtragem de informações de forma mais geral.