Investigadores estadounidenses descubren que la levadura unicelular sin cerebro perciben patrones programados y podrían inducir a esas células al 'suicidio'
VALENCIA (EP).- Un equipo de investigadores de la Universidad de California en San Francisco, Estados Unidos, ha descubierto que incluso la levadura unicelular sin cerebro tiene sesgos sensoriales que pueden ser' hackeados' por una ilusión cuidadosamente diseñada, un hallazgo que podría ser utilizado para desarrollar nuevos enfoques para la lucha contra enfermedades como el cáncer.
"La capacidad de percibir y responder al medio ambiente es un atributo fundamental de todos los organismos vivos, desde el mayor hasta el más pequeño", afirma Wendell Lim, autor principal del estudio. "Y así es la susceptibilidad a la percepción errónea. No importa si la ilusión se basa en sensores moleculares dentro de una sola célula o de las neuronas en el cerebro".
En el nuevo trabajo, publicado en la edición digital de este jueves de 'Science Express', Lim y su equipo descubrieron que las células de levadura perciben falsamente un patrón programado específicamente del estrés -causado por la alternancia entre niveles bajos de sodio y leves aumentos- como masivo, lo que eleva de forma continua su curva de estrés.
En respuesta, los microbios terminan sobre-respondiendo y suicidándose. Los resultados, dice Lim, sugieren una nueva forma de mirar las capacidades perceptivas de células simples e, incluso, podría ser utilizado para desarrollar nuevos enfoques para la lucha contra enfermedades mediante el poder de la ilusión.
"En realidad, este descubrimiento fue un poco un accidente", reconoce Lim, director del Departamento de Farmacología Celular y Molecular en la UCSF, director del Centro de UCSF de Sistemas y la Biología Sintética, y miembro del Instituto Médico Howard Hughes (HHMI, por sus siglas en inglés), en Estados Unidos.
"Estábamos interesados en la cuestión general de cómo las células interpretan la información en el tiempo. La frecuencia es un aspecto clave de todas nuestras comunicaciones, ya sea el lenguaje escuchado o la transmisión de señales de radio, pero no sabemos mucho sobre si las células mismas emplean este tipo de información", subraya.
Para explorar esta cuestión, dos investigadores postdoctorales en el laboratorio de Lim, Ping Wei, ahora en la Escuela de Ciencias de la Vida de la Universidad de Pekín, y Amir Mitchell, establecieron un sistema que les permitió exponer la levadura a un factor de estrés leve -un pequeño aumento en la sal en el ambiente de la levadura- y varira entre el aumento de nivel de sal y el nivel de la línea de base a diferentes frecuencias.
Normalmente, los sensores de las moléculas en una célula de levadura detectan cambios en la concentración de sal e instruyen a la célula para responder mediante la producción de un producto químico protector. Después de esta respuesta transitoria, la célula puede continuar creciendo felizmente como si las condiciones no hubieran cambiado.
Los investigadores encontraron que las células eran perfectamente capaces de adaptarse cuando activaron el estrés salino y lo desactivaron cada minuto o cada 32 minutos. Pero para su sorpresa, cuando intentaron una oscilación de ocho minutos de exactamente el mismo nivel de sal, las células dejaron rápidamente de crecer y comenzaron a morir,
"Fue un momento asombroso -relata Mitchell-. Estas células deben ser capaces de manejar este nivel de estrés osmótico, pero en una frecuencia particular terminan por estropearse. Nunca habíamos visto nada como esto antes". Entonces, Mitchell se propuso investigar el mecanismo celular que subyace a esta toxicidad inesperada, dependiente de la frecuencia.
Mediante el uso de modelos matemáticos y experimentos en los que modificó el cableado molecular de la proteína quinasa activada por mitógeno (MAPK) que media en el sistema de detección de sal de las células, se reveló una percepción errónea sensorial: debido a la forma en que la vía MAPK está configurada, las células interpretan una oscilación de ocho minutos como una escalera cada vez mayor de concentración de sal. Esto conduce a la activación excesiva de la respuesta protectora de las células y, en última, instancia a la muerte.
"¿Por qué estas células han evolucionado esta extraña sensibilidad a las oscilaciones de la sal? -se pregunta Mitchell--. Bueno, no creemos que lo hicieran. Es sólo un efecto secundario del hecho de que la red de señalización molecular que las células de levadura utilizan para mediar en esta respuesta al estrés se ha optimizado para su entorno natural, en el que el estrés por sal normalmente se produce en un aumento gradual. Es esta previsión por parte de la levadura, la previsión de que la tensión se volverá más severa, la que crea su talón de Aquiles".
El estudio sugiere que muchos tipos de células, incluidas las células humanas, pueden estar predispuestas a percepciones erróneas y podrían ser engañadas por ilusiones cuidadosamente diseñadas. Por ejemplo, según Mitchell, la vía de señalización por la cual las células cancerosas humanas responden a factores de crecimiento químicos está estrechamente relacionada con la vía MAPK de detección de estrés en la levadura.
Por lo tanto, la identificación de las percepciones erróneas de células específicas podría, en última instancia, explotarse para inducir a las células cancerosas a suicidarse, como sugiere este investigador, mientras dañan mínimamente a las células sanas vecinas. Según Lim, aunque es un hallazgo "humilde", tiene implicaciones más amplias para la investigación biomédica.
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