Contexto ecológico guía la evolución del hospedero durante las epidemias

Cantidad de nutrientes y de depredadores durante epidemias determina si es mejor volverse resistente o susceptible a la infección.

Después de un brote epidémico, lo que generalmente ocurre en la naturaleza es que los organismos afectados hayan desarrollado algún tipo de resistencia contra el responsable de la infección. Sin embargo, esto no siempre se da. Un reciente estudio publicado Science revela que la disponibilidad de nutrientes y la presencia de depredadores puede afectar esta respuesta y generar organismos que, por el contrario, sean mucho más susceptibles.

Vivimos en un mundo inundado de parásitos, unos organismos que se aprovechan de otros para poder crecer y reproducirse, robándoles sus nutrientes y usando sus moléculas para su propio beneficio. Como respuesta, el hospedero desarrolla ciertas estrategias que le permiten deshacerse o evitar ser infectados por estos parásitos. En otras palabras, se vuelven resistentes gracias a la presión selectiva que ejercen los parásitos sobre ellos.

Sin embargo, nada es gratis en la vida. Desarrollar y poner en funcionamiento estas estrategias de resistencia acarrean un costo energético. Para poder cubrirlo, otras funciones que también requieran gasto de energía se verán afectadas, por ejemplo: la reproducción.

Para entender esta idea asumamos que un individuo tiene $100 para gastar cada día de su vida. De los $100, $50 los invierte en comida, $25 en movilidad y $25 con su enamorada. De pronto, un chorro de rayos gamma liberado por la explosión de una hipernova destruye el 50% de nuestra capa de ozono. Los rayos UV provenientes del sol pasan con mayor facilidad y los científicos sugieren a los habitantes de la Tierra que usen protectores solares para evitar el desarrollo de un cáncer de piel. Sin embargo, el costo del protector solar es de $25 por día. ¿Que podría hacer el individuo para resistir la fuerte radiación UV? Pues adquirir el protector solar. Pero no puede sacrificar el dinero enfocado a la comida, porque si no se alimenta bien podría contraer otras enfermedades. Tampoco podría sacrificar el dinero de la movilidad, porque necesita trasladarse a su trabajo para obtener los $100 diarios. Entonces, por descarte, no tiene más remedio que sacrificar a la enamorada. La reproducción se verá afectada por obtener una estrategia de resistencia contra los rayos UV.

Pero ningún organismo vive aislado. Todos viven dentro de un ecosistema que tendrá una determinada disponibilidad de nutrientes (productividad) y diferentes tipos de amenazas (depredadores). Estos factores ecológicos podrían afectar el balance neto entre resistencia y fecundidad que la teoría predice.

Para determinar en que medida influyen los factores ecológicos en las epidemias y la adaptación a ellas, un grupo de investigadores del Instituto Tecnológico de Georgia estudiaron la respuesta de un zooplancton (Daphnia dentifera) a su levadura parásita (Metschnikowia bicuspidata) en siete diferentes lagos del estado de Indiana (EEUU).

Los investigadores tomaron muestras del pequeño protozoo en dos diferentes momentos: antes y después del brote epidémico; y notaron que las epidemias eran mayores cuando el lago tenía mayor cantidad de nutrientes y menor cantidad de depredadores. Además, en estos lagos, D. dentifera adquiría resistencia a la infección. Sin embargo, en los lagos menos productivos y con mayor cantidad de depredadores, ocurría todo lo contrario: D. dentifera se volvía más susceptible.

La explicación podría ser que cuando hay poca cantidad de nutrientes, D. dentifera se ve en la necesidad de administrar bien sus recursos —decidir entre adquirir resistencia o reproducirse— y ante la escasez siempre se debe asegurar tener una buena progenie para evitar que la población desaparezca. Además, los depredadores juegan un rol importante porque se comerán a los infectados por ser mucho más fáciles de cazar. Entonces, las epidemias serán más cortas y los D. dentifera no necesitarán adquirir resistencias, serán mucho más susceptibles.

Todo lo contrario ocurre cuando los recursos son abundantes y los depredadores escasos. Una mayor ingesta de alimentos facilitará el ingreso de los parásitos al hospedero. Y como no hay depredadores que se coman a los infectados, las epidemias serán más prolongadas y los D. dentifera desarrollarán resistencia al estar más expuesto por mayo tiempo a ellos (una mayor presión selectiva).

Este mismo comportamiento de las epidemias en función al contexto ecológico podría darse en otros organismos, incluso en aquellos que portan parásitos que potencialmente podrían infectarnos. Y en vista que la actividad humana muchas veces afecta la productividad de los ecosistemas o la cantidad de depredadores, nosotros podríamos ser responsables de ciertos brotes epidémicos de manera indirecta.

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Referencia:

Duffy, M., Ochs, J., Penczykowski, R., Civitello, D., Klausmeier, C., & Hall, S. (2012). Ecological Context Influences Epidemic Size and Parasite-Driven Evolution Science, 335 (6076), 1636-1638 DOI: 10.1126/science.1215429

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La Enciclopedia de los Factores de Transcripción

Los Factores de Transcripción (FT) son un grupo de proteínas encargadas de modular la expresión de una gran variedad de genes. En otras palabras, son los interruptores genéticos. Están presentes en casi todos los sistemas bioquímicos de las células eucariotas, creando “programas regulatorios” que definen los diversos estados de desarrollo de un organismo así como su adaptación a una gran variedad de ambientes diferentes.

Y a pesar de conformar sólo un pequeño porcentaje de todas las proteínas codificadas por el genoma de un organismo —5% en el caso de los humanos— más del 15% de los estudios genéticos realizados a la fecha identifican y analizan el papel de los FT en su regulación.

Actualmente, las investigaciones sobre los FT están enfocados en descifrar los complejos programas regulatorios que permiten a las células de un organismo —todas con el mismo genoma—diferenciarse en cientos de tipos diferentes de células, cada una con un fenotipo específico. Por ejemplo, cuando un espermatozoide fecunda a un óvulo, se forma una única célula que empieza a dividirse en dos, luego en cuatro, después en ocho… así hasta alcanzar miles de células, todas genéticamente idénticas, pero que a la larga cada una formará parte de un tejido diferente con funciones específicas: tejido muscular, óseo, nervioso, cardiaco, hepático, germinal, etc.

Los FT son usados también para reprogramar las células. Una células diferenciada, por ejemplo, una célula del fibroblasto, puede ser reprogramada y volverse una célula indiferenciada capaz de convertirse posteriormente en cualquier otro tipo de célula. Estas células son las famosas células madre inducidas a pluripotencia (iPSC). El año pasado, investigadores de la Universidad de Stanford transformaron una célula de la piel en una neurona; mientras que investigadores de la Universidad de Kyushu transformaron un fibroblasto en una célula hepática a través del uso de diferentes FT.

Sólo en el 2009 se han publicado 8,000 artículos relacionados con los FT. Es por esta razón que se requiere de un lugar donde todas esta información esté almacenada y ordenada de tal forma que cualquier investigador pueda acceder a una información detallada y relevante de un FT en particular, por ejemplo: su estructura molecular, sus sitios de unión, los genes que regula, las vías metabólicas en las que está involucrado, etc.

La Internet nos ha facilitado las cosas. Actualmente existen cientos de bases de datos donde uno puede encontrar toda la información disponible sobre un tipo de biomolécula específica. El GenBank del NCBI es una de las más completas en secuencias genéticas, el UniProt/SwissProt en cuanto a proteínas y estructuras proteicas, y así como estas hay muchas más.

Los FT son proteínas con funciones muy especiales: se unen directa o indirectamente al ADN, interactúan con otras moléculas, sufren modificaciones que afectan su función, etc.; y por lo tanto también requieren de su propia base de datos. Las más importantes y completas son JASPAR (sitios de unión de los FT), TRANSFAC® (FT y los genes que regulan) y PAZAR (la base de datos más completa de todas). Aún así estas bases de datos no presentan una información completa de todos los FT identificados hasta la fecha.

Ahora, un consorcio internacional de más de 100 investigadores, liderados por el Dr. Wyeth Wasserman del Departamento de Genética Médica de la Universidad de la Columbia Británica (Canadá) han desarrollado una nueva plataforma Web llamada Transcription Factor Encyclopedia (Enciclopedia de los Factores de Transcripción) con el objetivo de facilitar la curación (proceso por el cual se compara los datos bioinformáticos o in silico con los experimentales), evaluación y diseminación de la información referente a los FT de manera libre y gratuita (Open Access).

Toda la información está disponible en un formato de mini-revisiones en los que cada colaborador agrupa toda la información disponible en la literatura científica de cada uno de los FT estudiados hasta la fecha. En la enciclopedia encontrarás un resumen general del FT, su estructura molecular, los sitios del unión al ADN, los genes que son regulados, las isoformas disponibles, las interacciones con otras moléculas, los fenotipos o enfermedades asociadas a su deficiencia, sus patrones de expresión, y enlaces a diferentes artículos relacionados al FT. Todo esto en una interfaz muy amigable.

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Referencia:

The Transcription Factor Encyclopedia Consortium (2012). The Transcription Factor Encyclopedia Genome Biology, 13 (3) DOI: 10.1186/gb-2012-13-3-r24

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Posible ancestro humano también trepaba árboles

Restos fósiles del pie de un homínino de 3.4 millones de años de antigüedad sugiere que hubo una mayor diversidad locomotora a inicios de la evolución humana.

Nuestra línea evolutiva apareció hace unos seis millones de años, cuando nos separamos de los chimpancés. Una de las primeras especies de homíninos del cual tenemos registros fósiles es el Ardiphitecus ramidus, que vivió hace unos 4.4 millones de años en África. Este homínino ya era capaz de caminar en dos patas, aunque aún tenía los dedos gordos del pie (hallux) largos y arqueados, características típicas de los grandes simios que viven en los árboles. Es por esta razón que algunos investigadores consideran al Ad. ramidus como un simio que evolucionó ciertas adaptaciones para el bipedismo de manera independiente.

En el 2011, un estudio publicado en Science confirmaba que otro homínino ancestral llamado Lucy (Australopithecus afarensis) caminaba en dos patas. El Dr. Donald Johnson y sus colaboradores llegaron a esta conclusión después de analizar los fósiles del cuarto metatarsiano de un Au. afarensis de 3.2 millones de años de antigüedad y ver que se parecían más al de los humanos modernos que al de los chimpancés.

Sin embargo, los escasos registros fósiles con los que contamos en la actualidad mantienen abierto el debate sobre el origen de los humanos. Muchos paleoantropólogos están de acuerdo en que el bipedalismo fue un proceso clave en nuestra evolución, pero hasta ahora no podemos explicar cómo apareció.

Un reciente estudio publicado el 28 de Marzo en Nature revela que pudo existir otro ancestro humano contemporáneo al Au. afarensis que aún estaba diseñado para vivir en los árboles. Los investigadores liderados por la Dra. Yohannes Haile-Selassie del Museo de Historia Natural de Cleveland (EEUU), llegaron a estas conclusiones después de analizar los restos fosilizados de ocho huesos del pie derecho de un homínino que vivió hace 3.4 millones de años al este del África.

Los pies de los humanos son muy diferentes al de los otros primates. Nosotros tenemos el dedo gordo largo y considerablemente grande, orientado hacia el mismo lugar donde apuntan los demás dedos, los cuales son mucho más cortos y rectos que el de los otros simios. Además, nuestros pies tienen un talón grande y estable que nos permite pisar firmemente cuando caminamos; así como también, un arco bien desarrollado que endurece la parte media del pie y transfiere el peso de nuestro cuerpo hacia la base del dedo gordo, ayudando a empujar el cuerpo hacia arriba y adelante para mantener una postura erguida.

Los huesos hallados por Haile-Selassie y sus colegas son realmente desconcertantes. Si bien datan del mismo periodo en el que vivió Au. afarensis, las características que presentan hace que sean más parecidos a los pies del Ad. ramidus. El dedo gordo es largo y apunta en dirección opuesta a los otros dedos, los cuales son ligeramente curveados. Esto les habría permitido sujetarse de las ramas y así poder escalar los árboles. En ciertos aspectos, es similar a los pies del gorila. Por ejemplo, el hueso del cuarto metatarsiano es relativamente largo, similar al encontrado en los monos.

Sin embargo, estos fósiles también presentan ciertas adaptaciones al bipedalismo. Por ejemplo, las terminaciones de los huesos metatarsianos —con excepción del dedo gordo— son largos y esféricos y las falanges están inclinadas hacia arriba por los extremos. Estas son características típicas de los pies de los humanos primitivos.

Los investigadores son conscientes de que necesitan más fósiles para asegurar que se trate de un nuevo homínino (un ancestro de nuestra misma línea evolutiva), aunque las evidencias encontradas hasta ahora apuntarían a que sí lo son. No obstante, si se puede afirmar que habían individuos que caminaban y trepaban árboles conviviendo, al mismo tiempo, con los Au. afarensis, quienes ya habían desarrollado el bipedismo.

Por ahora, los mismos paleoantropólogos no están seguros de qué características de los pies son necesarias para caminar, correr o trepar árboles. ¿Hasta que punto un pie más humano puede comprometer la capacidad de trepar árboles de un Australopithecus? o ¿hasta que punto la divergencia del dedo gordo del pie permite a un Ardipithecus caminar de manera efectiva? Son preguntas que aún esperan una respuesta.

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Referencia:

Haile-Selassie, Y., Saylor, B., Deino, A., Levin, N., Alene, M., & Latimer, B. (2012). A new hominin foot from Ethiopia shows multiple Pliocene bipedal adaptations Nature, 483 (7391), 565-569 DOI: 10.1038/nature10922

Lieberman, D. (2012) Hman evolution: Those feet inancient times Nature, 483 (7391), 550-551 DOI: 10.1038/483550a

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La planta peruana que ataca el dolor de muelas

Hoy se publicó en New Scientist una interesante entrevista a Françoise Barbira Freedman, una antropóloga médica de la Universidad de Cambridge que vivió muchos años junto a los pobladores de Lamas, una comunidad nativa de la selva peruana, en el departamento de San Martín. Un día Françoise sufrió de fuertes dolores molares y los pobladores la trataron con una planta que le alivió el dolor rápidamente. Ahora, ella llevará este poderoso analgésico a las masas.

Aquí una traducción libre de dicha entrevista:

¿Qué te llevó a la comunidad quechua de Lamas en la remota Amazonía peruana?

Yo estaba fascinada por conocer acerca de las poblaciones andinas que viven en los bosques ubicados entre 200 y 800 metros de altura, donde hay una gran diversidad de flora medicinal. Los Chachapoyas que solían vivir allí intercambiaban sus plantas medicinales y psicotrópicas, resinas y plumas coloridas con los Incas. Estaba interesada en saber más acerca de los pobladores que allí viven, quienes han preservado su cultura y su conocimiento tradicional de las plantas —de manera secreta, bajo tierra— a pesar de los siglos de contacto con el mundo moderno. Esto nunca había sido estudiado antes.

¿Por qué esta tribu secreta te aceptó a ti cuando ya había rechazado a otros antropólogos?

Fui allí en 1974, cuando era una joven de 22 años, y pienso que ellos me veían como a una niña igual a sus propias hijas, y no como a una mujer. Fui adoptada por un clan y viví inicialmente con ellos por dos años, aprendiendo su dialecto quechua amazónico durante ese tiempo. En los últimos 30 años he regresado muchas veces a vivir con ellos y ahora soy un miembro del consejo de ancianos. Cuando estuve embarazada, me presentaron toda la gama de plantas medicinales ocultas y el conocimiento tradicional que ellos practicaban. Tuve acceso a ella casi sin darme cuenta. El clan me salvó la vida más de una vez con sus plantas medicinales.

Cuéntame acerca de la “hierba de los dientes”, Acmella oleracea

Es una hierba frondosa, con flores amarillas que crece sobre la tierra removida. Es nativa de esta parte del Perú, y el capullo de la flor y otras partes de la planta han sido utilizadas como una cura para el dolor de muelas durante cientos de años.

¿Cómo hiciste para producirla como un fármaco para el mercado mundial?

Cuando vivía en el clan, sufrí terriblemente por mi muela del juicio. Entonces, uno de los pobladores me dio un pequeño taco de la hierba de los dientes para morderla. Era muy eficaz para calmar el dolor, con una duración de una hora antes de necesitar otro taco fresco. Traje esta planta a la Universidad de Cambridge en el 2004, junto a otras hierbas medicinales, para un colega neurofarmacólogo interesado en estudiarlas. Esta es la primera vez que se ha probado y ha funcionado bien como anestésico en los dos primeros ensayos clínicos realizados.

¿Los Lamas verán algún beneficio del nuevo fármaco si éste sale al mercado, según lo previsto, en el 2014?

Hemos invertido dos años trabajando con los abogados para elaborar un contrato —aprendiendo de los mejores aspectos de otras compañías farmacéuticas— para asegurar que los pobladores Amazónicos se beneficien de un porcentaje de las ganancias con iniciativas de conservación y educación. Estamos distribuyendo el dinero a través de Organismos No Gubernamentales locales (ONGs) de larga trayectoria y confianza. Hasta el momento hemos creado un hermoso jardín medicinal para conservar las plantas utilizadas en la salud de la mujer. También queremos construir un centro de formación para enseñar a la comunidad las habilidades de producción de remedios y medicinas que yo he aprendido, pero que la nueva generación lo ha perdido.

Vía | New Scientist.

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CD47: Un nuevo objetivo para tratar tumores

Se expresa en la superficie de todos los tumores sólidos humanos y su bloqueo promueve la acción de los macrófagos.

Comparación de la expresión de CD47 (verde) entre tejidos cancerosos y tejidos sanos.

Los tumores han desarrollado muchas estrategias que les permiten sobrevivir y diseminarse por el cuerpo. Una de ellas es evitar ser devorados por los macrófagos (fagocitosis), unas células del sistema inmune que se encarga de eliminar cualquier agente extraño o perjudicial para nuestro organismo. Para esto expresan un antígeno de superficie llamado CD47, que se une a una proteína señalizadora en los macrófagos llamada SIRPα, encargada de inhibir la fagocitosis. En otras palabras, la CD47 actúa como una señal de “no me comas”.

Usando proteínas fluorescentes verdes asociadas al CD47, un grupo de investigadores liderados por el biólogo Irving Weissman del Instituto Ludwig de Investigación del Cáncer, descubrieron que esta señal estaba presente en casi todos los tipos de cáncer estudiados: ovarios, seno, colon, páncreas, hígado, vejiga, pulmones y escamoso de cabeza y cuello; todos caracterizados por presentar tumores sólidos.

Además, al analizar los niveles de expresión de CD47 en individuos con leucemia mieloide y linfomas, Weissman y su equipo encontraron una fuerte correlación entre la cantidad de ARN mensajero de este antígeno y la baja esperanza de vida del paciente, lo que indicaría que podría ser usado como un factor de pronóstico clínicamente relevante en ciertos tipos de tumores sólidos.

En vista que CD47 es esencial para la supervivencia de los tumores, los investigadores se preguntaron ¿qué pasaría si este antígeno es bloqueado? Para responder esta interrogante, Weissman y sus colaboradores desarrollaron anticuerpos monoclonales contra CD47 (anti-CD47) y probaron su efecto en diferentes tipos de cáncer. Lo que observaron fue sorprendente, tal como predijeron, los tumores cultivados en el laboratorio y tratados con anti-CD47 fueron atacados y fagocitados por los macrófagos, tanto humanos como de ratones. Los resultados fueron publicados el 26 de Marzo en PNAS.

Imagen superior: Comparación de fagocitosis entre IgG1 (control negativo), anti-CD47 2D3 (anticuerpo no funcional) y anti-CD B6H12 (anticuerpo funcional). Las flechitas blancas indican la fagocitosis. Los tumores tratados con el anti-CD47 funcional presentan mayor fagocitosis. B y C: Índice de fagocitosis entre IgG1 y anti-HLA (controles negativos), anti-CD47 B6H12 y Bric126 (anticuerpos funcionales) y anti-CD47 2D3 (anticuerpo no funcional) en ratones (B) y humanos (C).

Como los resultados in vitro fueron muy alentadores, el siguiente paso era saber si lo mismo ocurría en un animal vivo. Como el tratamiento con anti-CD47 funcionó tanto con macrófagos humanos como de ratones, Weissman y su equipo tomaron diferentes tumores humanos y los insertaron en ratones con el sistema inmunológico suprimido (para evitar el rechazo del injerto), un proceso conocido como xenotrasplante de tumores.

Cuando los ratones fueron tratados con el anti-CD47, los tumores se redujeron considerablemente, algunos desaparecieron y ninguno llegó a diseminarse a otros tejidos del cuerpo (metástasis). Y no sólo eso, los ratones que recibieron el tratamiento incrementaron dramáticamente su esperanza de vida. Los ratones que recibieron un xenotrasplante de cáncer de mama, por ejemplo, no desarrollaron el tumor incluso cuatro meses después de haber dejado de recibir el tratamiento.

Sin embargo, debemos recordar que los experimentos in vivo han sido realizados en ratones. El ambiente que rodea a los tumores xenotrasplantados es diferente al que rodea a los tumores presentes en los humanos, el cual es mucho más protector. Esto podría jugar un rol importante a la hora de estudiar la eficacia del tratamiento en personas.

No obstante, el funcionamiento básico del anti-CD47 ha sido demostrado en macrófagos humanos, y esto da muchas esperanzas. Este anticuerpo demostró no solo reducir el tamaño de los tumores, incluso desaparecerlos, sino también inhibir la metástasis, un proceso responsable de la ineficacia de los tratamientos actuales.

El antígeno CD47 se expresa en casi todos los tumores sólidos humanos. Un tratamiento basado en un anticuerpo que bloquee su función antifagocitaria sería de gran utilidad para la medicina porque podríamos tratar muchos tipos de cáncer con un único agente terapéutico. De todas maneras, debemos tener bien puestos los pies sobre la tierra, muchas veces las cosas funcionan muy bien in vitro y en animales de laboratorio, pero cuando se analiza en humanos ya no tiene la misma eficiencia o presenta efectos secundarios indeseados que terminan por desbaratar todo lo avanzado.

Ahora, Weissman y su equipo recibieron un financiamiento de 20 millones de dólares para llevar sus experimentos a humanos y empezar con los primeros ensayos clínicos.Tengo la confianza que la terapia basada en el anti-CD47 será efectiva, al menos, en unos cuantos tipos de tumores.

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Referencia:

Willingham, S., Volkmer, J., Gentles, A., Sahoo, D., Dalerba, P., Mitra, S., Wang, J., Contreras-Trujillo, H., Martin, R., Cohen, J., Lovelace, P., Scheeren, F., Chao, M., Weiskopf, K., Tang, C., Volkmer, A., Naik, T., Storm, T., Mosley, A., Edris, B., Schmid, S., Sun, C., Chua, M., Murillo, O., Rajendran, P., Cha, A., Chin, R., Kim, D., Adorno, M., Raveh, T., Tseng, D., Jaiswal, S., Enger, P., Steinberg, G., Li, G., So, S., Majeti, R., Harsh, G., van de Rijn, M., Teng, N., Sunwoo, J., Alizadeh, A., Clarke, M., & Weissman, I. (2012). The CD47-signal regulatory protein alpha (SIRPa) interaction is a therapeutic target for human solid tumors Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1121623109

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La Tierra y la Luna: gemelos de Titanio

Un análisis exhaustivo de la proporción de isótopos de titanio presentes en 24 muestras de rocas lunares sugiere que la Luna y el manto de la Tierra son más similares de lo que los modelos existentes lo permiten. Este descubrimiento es inconsistente con la teoría del Gran Impacto… (Sigue leyendo esta historia en Ciencias.pe)

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¿Cómo miran las larvas de la esponja?

No tienen neuronas ni opsinas, pero aún así se guían por la luz.

Casi todos los animales están equipados con algún tipo de estructura visual que les permite navegar a través de su entorno, las larvas de la mayoría de las esponjas no. En cambio poseen un anillo de células fotosensibles muy primitivas que permiten guiarlos hacia la luz azul (fototaxia). Sin embargo, estas larvas no tienen neuronas ni opsinas —la principal molécula encargada de percibir la luz. Entonces, ¿cómo hacen para detectar la luz?

Un grupo internacional de investigadores liderados por el Dr. Todd Oakley de la UC Santa Bárbara analizaron el genoma de la esponja Amphimedon queenslandica en busca de otras proteínas sensibles a la luz conocidas como criptocromos, los cuales están presentes tanto en mamíferos, insectos y plantas. Usando unas sondas de ARN, Oakley y su equipo detectaron la presencia de dos tipos de criptocromos expresados en los embriones y larvas de las esponjas. Uno de ellos conocido como Aq-Cry2 se expresaba en anillo de células fotosensibles de las larvas según reportaron esta semana en The Journal of Experimental Biology.

Sin embargo, los criptocromos y las fotoliasas (una enzima que repara el ADN en respuesta a la luz azul o UV) son bastante similares. Con el fin de descartar que se trate de la segunda, los investigadores expresaron y purificaron la proteína Aq-Cry2 y probaron su era capaz de reparar el ADN. Los resultados mostraron que no lo pudo hacer, confirmando así que se trataba de un criptocromo.

Luego los investigadores sometieron a la proteína a luces de diferentes longitudes de onda, observando que la de 450nm (luz azul) era absorbida con una mayor fuerza: la misma longitud de onda a la cual las larvas reaccionan activamente.

Este hallazgo revela que el criptocromo Aq-Cry2 es clave para la fototaxia en las larvas de las esponjas y es posible que este sistema de fotodetección ha evolucionado de una manera completamente diferente a otras estructuras visuales. No obstante, aún se desconoce cómo hace esta proteína para dirigir a las larvas hacia sus lugares de asentamiento.

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Referencias:

Rivera; et al. (2012). Blue-light-receptive cryptochrome is expressed in a sponge eye lacking neurons and opsin. J. Exp. Biol. 215,1278–1286 doi: 10.1242/​jeb.067140

Kathryn Knight. SPONGE LARVAE COULD BE GUIDED BY CRYPTOCHROME J. Exp. Biol. 2012 215:ii. ; doi:10.1242/jeb.072322

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Mimetismo imperfecto: cuando tu disfraz no te ayuda a evadir a tus depredadores

La baja presión selectiva sobre los insectos más pequeños explicaría porque la imitación imperfecta persiste en la naturaleza.

El insecto que ven en la imagen superior no es una abeja, es un simple e inofensivo mosquito de la familia de los sírfidos, que para evadir a sus depredadores, imita el aspecto de una agresiva abeja (Himenóptera). A esta espectacular adaptación se le llama mimetismo batesiano, donde una de las especies (la imitadora), al no tener forma de defenderse de sus depredadores se asemeja a otra (el modelo) que sí es evitada por ellos.

Para que esta estrategia funcione, el disfraz debe ser excelente. Si el mimetismo es pobre, el depredador podrá diferenciarlo fácilmente del organismo original y terminará por comérselo. En otras palabras, la selección natural terminará por eliminar a los malos imitadores. Sin embargo, en la naturaleza también existen muchas especies que presentan un mimetismo imperfecto, sin tener una explicación concreta de por qué ocurre esto.

Una explicación podría ser que si bien para nuestros ojos el organismo no está bien mimetizado, para un depredador si lo está. Esta hipótesis —que depende de nuestra percepción— es conocida como “ojo del espectador”. Otra hipótesis dice que es más ventajoso que el imitador se parezca a más modelos a la vez que a uno solo (multimodelo). Una tercera hipótesis dice que el mimetismo imperfecto beneficia a los individuos que están genéticamente relacionados porque al depredador se le hará más difícil discriminarlos, sobre todo cuando hay una mayor abundancia de imitadores. Una cuarta hipótesis dice que un mejor mimetismo podría afectar otras capacidades del organismo, por ejemplo: su capacidad reproductiva. Y una quinta hipótesis (selección relajada) dice que hasta cierto punto el mimetismo es eficiente, refinarlo no trae un beneficio selectivo al organismo.

Para dar una respuesta definitiva a este fenómeno, un grupo de investigadores canadienses liderados por la bióloga Heather Penney de la Universidad de Carleton, hicieron un análisis comparativo de todas estas hipótesis que de alguna forma tratan de explicarlo. Según el estudio publicado hoy en Nature, los depredadores imponen una menor presión selectiva sobre los insectos con poca fidelidad mimética cuando estos son más pequeños.

Penney y sus colaboradores no hallaron evidencias que respalden las dos primeras hipótesis. Tanto los humanos como los pájaros encontraron semejanzas entre los sírfidos y sus respectivos modelos himenópteros, y no hallaron características miméticas típicas de dos o más modelos a la vez. La tercera hipótesis también fue descartada porque la precisión mimética no disminuye con el aumento de los imitadores, sino todo lo contrario.

Lo que los investigadores encontraron fue que los sírfidos más grandes tienden a ser mejores imitadores. La explicación es que siempre los depredadores optarán por presas grandes. Esto quiere decir que los sírfidos más grandes estarán sometidos a una mayor presión selectiva y tendrán que desarrollar disfraces más fidedignos para poder evadir a sus atacantes. En cambio, los sírfidos más pequeños no ofrecen una gran recompensa por el riesgo que corren los depredadores al devorarlos, así que la presión selectiva sobre ellos será menor permitiendo su permanencia en la naturaleza.

La última hipótesis (presión relajada) es la que predice mejor estas observaciones. Sin embargo, no podemos descartar la cuarta hipótesis. Podría ser que para mejorar la perfección del mimetismo se tenga que pagar un costo muy alto que podría afectar otras funciones importantes para el organismo.

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Referencia:

Penney, H., Hassall, C., Skevington, J., Abbott, K., & Sherratt, T. (2012). A comparative analysis of the evolution of imperfect mimicry Nature, 483 (7390), 461-464 DOI: 10.1038/nature10961

Imagen: http://www.commanster.eu/commanster/Insects/Flies/Syrphidae3.html

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Colabora con el proyecto SETI desde tu casa

“Si estamos solos en el Universo, seguro sería una terrible pérdida de espacio” (Carl Sagan).

¿Estamos solos en el universo? Una pregunta muy difícil de responder aunque, personalmente, me atrevo a decir que no somos una rareza de la naturaleza. Entonces, si no estamos solos, ¿habrán otros seres inteligentes allá afuera? Esa si es una pregunta más difícil de responder aún, porque, asumiendo que sí la hubiera, las probabilidades de contactarlas son extremadamente bajas —debido a la inmensidad del universo— que sería menos abrumante pensar que estamos solos.

El proyecto SETI (siglas en inglés para Búsqueda de Inteligencia Extraterrestre) tiene la meta de detectar vida inteligente fuera de la Tierra mediante radiotelescopios que escuchan los sonidos del universo en busca de señales de radio de banda estrecha, las cuales no se presentan de manera natural en el espacio y podría ser evidencia de algún tipo de tecnología extraterrestre.

Pero el espacio está plagado de señales de radio, algunos originados en nuestro propio planeta, que son percibidos a través de 42 antenas dispuestas uniformemente en un valle montañoso al norte de California conocido como la Matriz de Telescopios Allen (ATA). La cantidad de datos que ingresan día a día son enormes, y el poder computacional requerido para analizar estas señales excede con creces la capacidad tecnológica del programa. Y si a esto le sumamos el recorte presupuestal que sufrió el SETI durante los últimos años que casi terminan por cerrarlo, de no ser por las donaciones de personas que aún creen en el proyecto, podríamos decir que es cuestión de tiempo para que esta búsqueda termine sin pena ni gloria.

¡No se desanimen!, los radiotelescopios siguen escuchando los sonidos del universo y gracias a un portal web llamado SETILive, cualquier persona en el mundo puede colaborar con el proyecto desde la comodidad de su casa. La interfaz fue desarrollada por Zooniverse, una iniciativa que busca la participación de la gente para el desarrollo de proyectos astronómicos, por ejemplo: The Galaxy Zoo, que desde el 2007 ha captado la participación de 600,000 aficionados que se han dedicado a analizar y clasificar las galaxias del universo.

Desde su lanzamiento hace un poco más de dos semanas, SETILive ha logrado reclutar a más de 40,000 voluntarios que están analizando las señales de radio detectadas a cada instante por ATA. Esta vez, los radiotelescopios del SETI apuntan hacia las estrellas que, en base a los recientes descubrimientos hechos por la sonda espacial Kepler (misión que busca planetas habitables fuera del sistema solar), tienen las mejores chances de albergar algún tipo de civilización extraterrestre.

La tarea es muy sencilla y a su vez adictiva. Simplemente deben registrarse en http://setilive.org y seguir el siguiente tutorial:

Marking SETILive Signals from The Zooniverse on Vimeo.

Vía | SETILive.

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ANIMACIÓN: Evolución de la Luna

Espectacular animación realizada por la NASA que no pueden perdérsela:

La teoría más aceptada que explica el origen de la Luna dice que un objeto del tamaño de Marte chocó contra la Tierra primitiva hace unos 4,500 millones de años. Luego, los escombros liberados por la colisión se fusionaron para formar la Luna. Este video muestra como pudo haber sido la evolución de nuestro satélite a partir de ese entonces.

La Luna primitiva era una masa ardiente y brillante que fue enfriándose y resquebrajándose con el paso de los años. Rocas de todos los tamaños impactaban contra su superficie, pero fue una en particular la que creó un cráter de más de 2,500Km de diámetro y 12Km de profundidad en su polo sur, conocido como la famosa Cuenca Aitken. El bombardeo continuó por cientos de millones de años, creando y moldeando las grandes cuencas que podemos observar en la actualidad.

Durante millones de años, la lava fluyó hacia el lado que apuntaba a la Tierra para luego enfriarse y formar la gran marea oscura que vemos cada noche de luna llena. Pero los impactos nunca se detuvieron, pero si disminuyeron su frecuencia hacia los últimos mil millones de años, formando todos los cráteres que adornan su gélida superficie.

Aún queda mucho por investigar, especialmente sobre su origen y por qué la gran marea de lava apuntó sólo hacia el lado del la Tierra.

Vía | Astronomy Picture of the Day.

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Plásmidos en el rumen bovino favorecen su función

Al igual que la microbiota, están estrechamente relacionados con el nicho ecológico.

Los mamíferos somos incapaces de vivir con una dieta compuesta exclusivamente por plantas, simplemente no tenemos las enzimas necesarias para poder romper y degradar las fibras vegetales para poder asimilarlas. Sin embargo, existen muchos animales que si pueden hacerlo, los más conocidos son los rumiantes.

Estos animales tienen un sistema digestivo compuesto de cuatro compartimientos: el rumen, el retículo, el omaso y el abomaso. Los dos primeros forman una única cavidad llamada retículo-rumen y es donde habitan un gran número de bacterias —de 10 mil a 100 mil millones por cada mililitro— que le dan a los rumiantes la habilidad de convertir la indigerible materia vegetal en productos asimilables.

Pero donde hay bacterias es muy probable que también hayan plásmidos —unas pequeñas secuencias de ADN con la capacidad de autoreplicarse. Los plásmidos también cargan información relevante, por ejemplo: genes de virulencia, genes de resistencia a antibióticos, genes que codifican enzimas para degradar moléculas complejas, etc. Y por si fuera poco, los plásmidos pueden introducirse en cualquier bacteria, sin importar la especie de la cual proceden. Esto es una ventaja evolutiva para las bacterias porque pueden intercambiar material genético entre especies completamente diferentes en un proceso conocido como Transferencia Horizontal de Genes (THG).

Los plásmidos han sido encontrados en gran abundancia en hábitats donde hay una gran cantidad de comunidades bacterianas diferentes, por ejemplo: en nuestro tracto digestivo. Si tan sólo nos imagináramos como es este caótico lugar no sería tan diferente a un mercado negro de armas del medio oriente, donde las bacterias intercambian genes a diestra y siniestra unos con otros sin control alguno.

En vista que los plásmidos cargan genes con funciones accesorias, podrían contribuir con la diversidad fenotípica del hospedero, o sea, favorecerlo para que pueda realizar funciones que normalmente no podría realizar, por ejemplo: la de degradar el material vegetal de la dieta. Pero Entonces ¿será que las funciones accesorias de los plásmidos presentes en un determinado hábitat depende del nicho ecológico?

Un grupo de investigadores israelíes sugiere que sí porque al analizar y caracterizar la población total de plásmidos del rumen bovino observaron que estos codificaban enzimas importantes para realizar funciones que se encuentran enriquecidas en este ambiente, como aquellas que permiten el transporte de azúcares a través de las paredes celulares de las bacterias. El estudio fue publicado el 19 de Marzo en PNAS.

Lo primero que hicieron el Dr. Itzhak Mizrahi, autor principal del estudio, y sus colegas fue colectar medio litro del contenido del rumen de 16 vacas, una hora después de haber sido alimentadas. Luego sometieron las muestras a un tratamiento con una enzima que degrada sólo el ADN cromosómico quedando los plásmidos libres para ser secuenciados. Finalmente compararon las secuencias del “plasmidoma” (nombre que hace referencia a todos los plásmidos hallados en el rumen) con las bases de datos de plásmidos para determinar su origen.

La mayor parte de las 34 millones de secuencias de plásmidos obtenidos del rumen eran de origen bacteriano: Firmicutes (47%), Bacteroidetes (22%) y Proteobacteria (20%). Sin embargo, estos valores no coincidían precisamente con las proporciones de bacterias halladas en las mismas muestras: Firmicutes (44%), Bacteroidetes (50%) y Proteobacteria (5%). La explicación podría ser que las Proteobacterias cargan más plásmidos que los Bacteroidetes o que los plásmidos de este último grupo están poco representados en las bases de datos.

Por otro lado, muchas de las secuencias del plasmidoma coincidieron perfectamente con las secuencias de plásmidos aislados anteriormente de otros rumiantes, lo que indicaría que no sólo las bacterias que comparten un mismo nicho ecológico son similares, sino también los plásmidos. Además, las funciones que codifican estos plásmidos se encuentran enriquecidas en el rumen bovino, por ejemplo: enzimas para transportar los azúcares complejos generados por la degradación de la fibra vegetal, síntesis de cofactores y vitaminas, metabolismo de proteínas y aminoácidos, entre otras.

Toda esta gama de genes disponibles libremente le permiten a las bacterias del rumen evolucionar y adaptarse a este nicho ecológico, favoreciendo al animal hospedero quien se beneficiará de un mejor aprovechamiento de los nutrientes presentes en la materia vegetal. Sin embargo, aún queda una pregunta clave por resolver: ¿cómo se hereda el plasmidoma?

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Referencia:

Brown Kav, A., Sasson, G., Jami, E., Doron-Faigenboim, A., Benhar, I., & Mizrahi, I. (2012). Insights into the bovine rumen plasmidome Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1116410109

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Cacería jurásica

Espectacular fósil muestra a un pterosauro capturado por un pez ganoideo mientras pescaba.

Los pterosauros fueron unos reptiles voladores que vivieron durante la Era Mesozoica. Los mejores registros fósiles hallados a la fecha datan del Jurásico Medio y Cretácico Temprano (hace unos 150±30 millones de años), que fue la época de oro de los dinosaurios. Sin embargo, se sabe muy poco acerca de los hábitos alimenticios de este fantástico animal.

En el 2009, los paleontólogos Eberhard Frey & Helmut Tischlinger hicieron un gran descubrimiento mientras hacían excavaciones en un yacimiento ubicado cerca a la ciudad de Eichstätt, en la región de Bavaria, al sur de Alemania. La escena mostraba el preciso momento en el que un pequeño pterosauro (Rhamphorhynchus) es capturado por un gran pez ganoideo (Aspidorhynchus). Según el artículo publicado hoy en PLoS ONE, el reptil volador justo terminaba de cazar a un pequeño pez cuando de pronto fue sorprendido por otro pez, mucho más grande, quien se aferró fuertemente con sus mandíbulas a su ala izquierda.

Anteriormente se habían encontrado otros cuatro esqueletos fósiles de Rhamphorhynchus ubicados cerca al cráneo de un fósil de Aspidorhynchus. Sin embargo, no se tenían evidencias claras que sugirieran una interacción entre ambas especies o que el pterosauro estaba vivo al momento que era capturado por el gran pez.

Por suerte, el fósil reportado en el presente estudio es diferente. Claramente se podía apreciar que uno de los huesos del ala izquierda del pterosauro atraviesa los dientes del pez ganoideo. Y si se analiza detalladamente, se puede observar la presencia de la cola de un pequeño pez atorado en la garganta del pterosauro, así como también, un estómago lleno de restos de otros peces y crustáceos sin digerir. Todo esto apuntaba a que el Rhamphorhynchus fue sorprendido por el Aspidorhynchus cuando trataba de alzar vuelo justo después de haberse alimentado por un pequeño pez.

Sin embargo, la diferencia de tamaños entre los dos protagonistas era muy grande, tanto que no le permitía al pez devorar al Rhamphorhynchus ni tampoco librarse de él. Al parecer su mandíbula quedaba atorada en la membrana de las alas. El pez trató de hundir al pterosauro hasta que llegó a una región carente de oxígeno donde murieron sofocados instantáneamente.

De esta manera, los resultados indicarían que Rhamphorhynchus fue una presa accidental del Aspidorhynchus quien, al verlo vulnerable sobre el agua, trató de capturarlo. Este mismo fenómeno es observado en la actualidad. En 1977, Dodrill & Gilmore reportaron la presencia de restos de aves terrestres en el estómagos de tiburones tigres. Incluso en un trabajo más reciente, Johnson et al. hallaron restos de aves costeras en los estómagos de tiburones blancos.

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Referencia:

Frey, E., & Tischlinger, H. (2012). The Late Jurassic Pterosaur Rhamphorhynchus, a Frequent Victim of the Ganoid Fish Aspidorhynchus? PLoS ONE, 7 (3) DOI: 10.1371/journal.pone.0031945

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Hongos oportunistas beneficiados por la respuesta inmune

Candida albicans explota la inmunidad del hospedero para adaptarse a él.

La tarea de nuestro sistema inmune es simple: protegernos de las enfermedades identificando y eliminando al agente responsable. No obstante, hay casos en los que esta acción nos perjudica en vez de beneficiarnos. Un claro ejemplo son las enfermedades autoinmunes como la esclerosis múltiple, el lupus o la artritis reumatoide, donde nuestras propias células son atacadas. Pero el caso que veremos a continuación hasta podría resultar irónico.

Candida albicans es un hongo oportunista que vive en las superficies mucosas de nuestro cuerpo sin causar un daño aparente. Sin embargo, en personas con el sistema inmunológico comprometido, como los infectados con VIH o los que han recibido un trasplante de órgano, este hongo puede desencadenar una grave infección.

Un estudio publicado en la revista Science en el 2011 mostró que personas deficientes a la Interleucina-17A (IL-17A), una molécula que promueve la respuesta inflamatoria y que colabora con el reclutamiento de monocitos y neutrófilos para destruir los agentes infecciosos, presentaban una mayor susceptibilidad a infecciones en la piel, uñas, boca y genitales causados por C. albicans, sugiriendo un rol importante de esta molécula en la respuesta inmune contra hongos oportunistas.

Sin embargo, un artículo publicado el 21 de Febrero en Nature Communications muestra algo inesperado. El estudio revela que la IL-17A se une a la superficie del hongo permitiéndole tolerar la respuesta inmune del hospedero.

Los investigadores liderados por la Dra. Luigina Romani de la Universidad de Perugia (Italia) pusieron a C. albicans en un medio enriquecido con IL-17. A las cuatro horas de haber iniciado el experimento observaron que los hongos se agregaban unos con otros formando una estructura conocida como biopelícula.

El secreto radica en que la IL-17 promovía la expresión de genes que normalmente se activan cuando hay escasez de nutrientes. En otras palabras, los hongos, al creer que se encuentran en un ambiente adverso, cambian su fisiología por una que le confiera mayor resistencia, aumentando capacidad de adherirse a los tejidos y promoviendo el crecimiento de sus hifas para formar las biopelículas. Estos cambios le permiten tolerar eficientemente el ataque del sistema inmunológico del hospedero.

Estos resultados explicarían el éxito de estos hongos oportunistas para vivir en nuestro cuerpo sin problema alguno. Simplemente han evolucionado un mecanismo que les permite sentir la inmunidad de su hospedero para asegurar su propia persistencia.

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Referencia:

Zelante, T., Iannitti, R., De Luca, A., Arroyo, J., Blanco, N., Servillo, G., Sanglard, D., Reichard, U., Palmer, G., Latgè, J., Puccetti, P., & Romani, L. (2012). Sensing of mammalian IL-17A regulates fungal adaptation and virulence Nature Communications, 3 DOI: 10.1038/ncomms1685

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El cáncer como producto de la evolución (Parte II)

Esta entrada fue publicada originalmente el 9 de Febrero del 2011.

Lee la primera parte…

La respuesta es SI. Es más, actualmente usamos parte de esa información durante el desarrollo embrionario o para cicatrizar nuestras heridas. Sin embargo, la mayor parte de esta información permanece latente en nuestros genomas. La aparición de tumores en nuestro cuerpo es la manifestación de nuestro Metazoo 1.0 que llevamos dentro.

El cáncer no se desarrolla así por así. Si nuestro ADN es dañado y no puede ser reparado por el mecanismo de reparación primario, tenemos un segundo mecanismo de reparación. Si éste también falla y al célula empieza a dividirse de manera incontrolada, se activarán mecanismos de señalización que tratarán de inhibir el crecimiento celular a través de la detención del ciclo celular. Si esto también llega a fallar, se activará la apoptosis o muerte celular programada (suicidio celular). Si esto también falla, ahí recién el cáncer se desarrollará. Como podemos ver, todos estos mecanismos de control son relativamente modernos, evolutivamente hablando, y lo que queda —la proliferación y mantenimiento— es nuestro Metazoo 1.0. En otras palabras el Metazoo 1.0 es la “opción por defecto” (default option).

Para que se entienda mejor esta idea, hablaremos como si las células fueran una computadora.

Los organismos pueden sufrir daños mecánicos, tales como: las heridas y las inflamaciones (daños en el hardware). Los organismos también pueden sufrir daños genéticos, tales como: la substitución de nucleótidos y las inserciones o deleciones de porciones de ADN (daños en el software). Cuando ocurre una de estas dos fallas en nuestra computadora, ¿qué ocurre?. Seguro aparece la siguiente imagen:

Para evitar más daños en la computadora, ésta nos ofrece entrar a través del “Modo seguro” (antes conocido como “Modo a prueba de fallos”). El modo seguro nos permitirá tratar con la crisis, identificar los errores y corregirlos, usando lo mínimo requerido para el funcionamiento del sistema. Las células hacen lo mismo. Ante un fallo en el hardware o software, activan su modo seguro, o sea su caja de herramientas primitiva que le permitan sobrevivir y proliferar para tratar de subsanar el error. En otras palabras, se activa el Metazoo 1.0 que es la opción por defecto.

Pero, las células cancerosas también son consideradas como células ‘egoístas’ o ‘interesadas’, al invocar su origen unicelular. Las células cancerosas, al igual que los eucariotas unicelulares, sólo obedecen una única orden: replicarse, replicarse y replicarse. De aquí nace la hipótesis de la “célula egoísta”. En los organismos multicelulares, el egoísmo de una célula está subordinado a los requerimientos del organismo en conjunto, pero las células cancerosas ignoran las señales de control de la división celular, invaden la matriz extracelular y migran hacia otros lugares, colonizando nuevos tejidos y desarrollando otro tumor. Este proceso se repite muchas veces, hasta que el cáncer ya está presente en todo el cuerpo. Entonces, ¡el cáncer es una célula egoísta! La teoría podría ser correcta.

Sin embargo, esta teoría tiene dos fallas. La primera es que a pesar que parezcan células egoístas y sólo se preocupan por su división, también presentan un cierto grado de organización cooperativa entre ellas. Por ejemplo: en la angiogénesis, algunas células del tumor se diferencian para formar vasos sanguíneos que permiten un suministro constante de energía y alimento para que el tumor siga creciendo. Aquí no hay egoísmo. Se ha demostrado también que las células cancerosas intercambian señales químicas con sus vecinos, o sea, hay un cierto grado de comunicación cooperativa.

La segunda falla es que el cáncer ha desarrollado una increíble habilidad para sobrevivir. Por ejemplo: tienen la capacidad de inhibir ciertos factores supresores de tumores, silenciando genes necesarios para el control de la división celular. También pueden apagar la apoptosis y hasta revertir la senescencia, reactivando genes que permitan reparar los telómeros. Además, son capaces de vivir en condiciones hipóxicas (bajos niveles de oxígeno) y tolerar pHs bajos. Todo esto requiere de una armonía multifacética con sus vecinos, algo que está muy alejado de la hipótesis de la célula egoísta.

Una explicación es la evolución de caracteres beneficiosos gracias a las altas tasas de mutación que poseen las células cancerosas, combinadas con la gran presión selectiva a las que están sometidas (factores supresores de tumores, respuesta inmune, quimioterapia, etc.). De aquí nace una hipótesis conocida como del “Darwinismo interno”.

Sin embargo, esta teoría también tiene sus fallas. La principal es que la célula cancerosa debe ser tan afortunada que justo cada mutación que aparezca tenga un efecto beneficioso para ella. Sin embargo, lo que la evolución misma nos ha enseñado es que casi siempre las mutaciones son deletéreas. Según esta teoría, las mutaciones no sólo le permiten sobrevivir sino la hacen extremadamente robusta, algo que es muy poco probable.

Otra falla para la hipótesis del Darwinismo interno es que las células metastásicas requieren que la célula cancerosa abandone el tumor y colonice otros tejidos. Sin embargo, son muy pocas las células cancerosas capaces de colonizar otros tejidos, así que no sería una ventaja evolutiva ya que su aptitud biológica (fitness: capacidad de dejar descendencia fértil) es menor comparado con las células cancerosas no-metastásicas.

La fase metastásica es mejor explicada como un atavismo. Esta fase puede estar pre-programada desde el inicio; sin embargo, debe activarse una vez avanzada la formación del tumor. Tal vez alguna de las mutaciones ocurridas en la célula cancerosa activa este mecanismo antes de tiempo y la célula cancerosa empieza su desarrollo con el ‘pie izquierdo’.

Al analizar y comparar los genomas de los metazoos más primitivos, como las esponjas y las hidras; con el de los animales más modernos, los científicos observaron que hay un orden en cómo los genes evolucionaron. Primero aparecieron los genes encargados del ciclo celular, luego los genes encargados de regularlo, después los encargados de la muerte celular programada y, finalmente, los genes envueltos con la diferenciación celular. La falla en cualquiera de estos genes puede activar el Metazoo 1.0 primitivo que no cuenta con ninguno de ellos, y por lo tanto están implicados en el cáncer.

Una forma explicar el desarrollo del cáncer sería analizando los genomas de diferentes organismos con determinados números de tipos de células diferentes. Por ejemplo: desde las blástulas de los vertebrados que están formadas por al menos 225 tipos de células diferentes, hasta con los Trichoplax que sólo tienen cinco tipos de células diferentes. También podríamos analizar y compara los genomas con plantas y hongos, con quienes los metazoos divergieron hace 1600 y 1300 millones de años, respectivamente.

Para terminar, el cáncer no ha evolucionado hacia ningún lado, siempre ha sido el mismo, empezando una y otra vez en cada paciente. Esta robustez lo hace un enemigo difícil de vencer ya que su mecanismo de mantenimiento es sumamente sencillo pero eficaz. Esta hipótesis atavística tendría grandes beneficios para el desarrollo de nuevos tratamientos contra el cáncer, ya que lo convierte en un enemigo sumamente predecible. En vez de atacarlo con diferentes agentes terapéuticos, deberíamos entender mejor su origen y contenerlo desde el inicio, esa sería la mejor estrategia.

Referencia:

Davies, P., & Lineweaver, C. (2011). Cancer tumors as Metazoa 1.0: tapping genes of ancient ancestors Physical Biology, 8 (1) DOI: 10.1088/1478-3975/8/1/015001

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El cáncer como producto de la evolución (Parte I)

Esta entrada fue publicada originalmente el 9 de Febrero del 2011.

Hace tiempo que no leía un artículo tan interesante como el que les voy a comentar ahora. Este artículo, publicado el lunes en Physical Biology, nos habla de la hipótesis que plantean P.C.W Davis de la Universidad Estatal de Arizona y C.H Lineweaver de la Universidad Nacional de Australia, sobre el origen y evolución del cáncer desde un punto de vista atávico.

En términos sencillos, el cáncer es una proliferación descontrolada de células trayendo consigo la aparición de tumores que comprometen el funcionamiento de muchos órganos vitales de nuestro organismo. Si bien es cierto se han identificado unos virus que propician la aparición de ciertos tipos de cáncer, como del hígado o del cuello uterino (virus del papiloma humano y el virus de la hepatitis, respectivamente), el cáncer de por sí no es una infección ni tampoco se contagia, con la excepción del tumor venéreo transmisible canino y el tumor facial de los demonios de Tasmania.

El cáncer ha sido reportado en todos los animales (metazoos), desde los dinosaurios hasta el hombre. Esto indicaría que los mecanismos que propician el desarrollo del cáncer están arraigados profundamente en nuestra historia evolutiva. Cuando se analizó el genoma de la esponja Amphimedon queenslandica, uno de los primeros metazoos, se observó la presencia de varios de los oncogenes que hoy poseemos. Esto indicaría que los genes que causan el cáncer (oncogenes) son extremadamente primitivos y conservados y podrían haber sido indispensables para las funciones vitales de los primeros organismos multicelulares.

Fue gracias a estas observaciones que Davis & Lineweaver propusieron la hipótesis de que el cáncer es un estado atáviccfo de una vida multicelular. El atavismo es la reaparición de una característica ancestral en un organismo moderno. El atavismo ocurre porque los genes que codifican ciertas características ancestrales son preservados en el genoma, pero se encuentran “apagados” o relegados al ADN no codificante. Entonces, el atavismo se podría dar como resultado del mal funcionamiento de un gen moderno cuya función es de suprimir la expresión y desarrollo de esta característica primitiva.

¿No les suena familiar? “Mal funcionamiento de un gen que debe suprimir la expresión de otro”. El cáncer es lo mismo. Por ejemplo, el mal funcionamiento del gen p53, evitará que éste sea expresado. La p53 es un factor de transcripción (proteína que activa otros genes) que actúa en respuesta al daño del ADN, deteniendo el ciclo celular. Si la p53 falla y el ADN sufre un daño, la célula seguirá dividiéndose y transmitirá sus errores a las células hijas, las cuales potenciarán el error, así hasta convertirse en una célula maligna y desarrollar el cáncer.

Los metazoos surgimos como el resultado de la transición de una forma de vida unicelular a una multicelular hace al menos mil millones de años. Los primeros metazoos o proto-metazoos habrán sido sólo pequeños aglomerados de células indiferenciadas o poco diferenciadas, con la capacidad de adherirse y cooperar de manera rudimentaria entre sí. A estos proto-metazoos David & Lineweaver los denominaron Metazoos 1.0. Luego, los Metazoos 1.0 adquirieron funciones más especializadas, desarrollaron moléculas señalizadoras más sofisticadas y empezaron a diferenciarse para que cada tipo celular adquiera funciones específicas. Fue así que nacieron los Metazoos 2.0, hace unos 600 millones de años.

Pero, ¿los genes de los Metazoos 1.0 desaparecieron o fueron apagados por los genes que aparecieron en los Metazoos 2.0? Los genes de los Metazoos 1.0 siguen presentes en formas inactivas. Las únicas funciones que cumplían los Metazoos 1.0 eran de sobrevivir, mantenerse viables y dividirse en formas indiferenciadas o poco diferenciadas. Como pueden ver, los Metazoos 1.0 se comportaban como lo hacen actualmente los tumores.

Esto quiere decir que los genes que se activan en las células cancerígenas (oncogenes) constituyen un mecanismo de supervivencia primitivo y bastante robusto, que lo único que garantizaba era la proliferación y mantenimiento de un estado multicelular, tal como lo encontrado en los Metazoos 1.0.

Entonces, ¿es posible que la información que induce el cáncer está presente en nuestros propios genomas, esperando ser activados?

Sigue leyendo la 2da parte…

Referencia:

Davies, P., & Lineweaver, C. (2011). Cancer tumors as Metazoa 1.0: tapping genes of ancient ancestors Physical Biology, 8 (1) DOI: 10.1088/1478-3975/8/1/015001

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