Las levaduras son un buen modelo de laboratorios que nos permiten, por ejemplo, saber sobre la evolución de multicelularidad o sobre el rejuvenecimiento.
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Las levaduras, además de proporcionarnos pan, cerveza o vino, son un buen modelo de laboratorio para investigaciones en varios campos de la Biología. Otros modelos son la bacteria E. coli, el nematodo C. elegans, la planta A. thaliana o la mosca de la fruta y el ratón. En este artículo vamos a ver dos estudios en los que se han usado levaduras para estudiar aspectos que afectas a otros seres vivos. En el primero se trata de estudiar la aparición de la multicelularidad por selección artificial y en el segundo se ha tratado de desentrañar las claves del alargamiento de la vida de en este tipo de organismo y su posible aplicación a otros.
Uno de los misterios que la historia de la vida es cómo se consiguió que aparecieran los seres multicelulares. Durante miles de millones de años sólo hubo microorganismos sobre la Tierra y después aparecieron seres multicelulares. Incluso se calcula que la multicelularidad ha aparecido independientemente 20 veces desde entonces, aunque la última vez se dio hace ya 200 millones de años. No se tienen muchas pistas de cómo pudo darse en el pasado este tipo de proceso.
Crear seres multicelulares no parece sencillo, porque se necesita no solamente agregar juntas a unas cuantas células, sino que además las células que lo componen deben especializarse. Sin embargo, un experimento reciente con células de levadura ha conseguido, en sólo unas pocas semanas, que evolucionen hasta formar algo así como un organismo pluricelular rudimentario con cierta división de papeles entre las distintas células. Esto sugeriría que la aparición por evolución de la multicelularidad no sería tan difícil como a primera vista parece.
William Ratcliff, de la Universidad de Minnesota, y sus colaboradores han dejado evolucionar a unas células de levadura hasta conseguir un organismo unicelular de laboratorio. Para ello cultivaron levaduras en un medio líquido que era centrifugado con cuidado cada día y usando como semillas para el siguiente cultivo a las levaduras que se habían depositado en el fondo. Los agrgados de células tenían más probabilidades de asentarse en el fondo que las células aisladas bajo las fuerzas centrífugas. Día tras día se iban seleccionado aquellas variedades de células con tendencia a agregarse.
Al cabo de 350 generaciones y 60 días todos los cultivos habían evolucionado hacia variedades que se agregaban entre sí formando estructuras similares a los “cristales o copos de nieve”. Estos agregados estaban formados además por células que habían surgido a partir de la división de otras, pero que habían permanecido conectadas después. Eran, por tanto, genéticamente iguales. Este parentesco es necesario para que se dé una cooperación por el bien del conjunto.
Según Ratcliff la clave de la evolución de la pluricelularidad es alcanzar este nivel en el que la selección se da sobre el grupo y no sobre células individuales. “Una vez que ocurre puedes considerar que los agregados son organismos multicelulares primitivos”, añade.
De algún modo los “copos de nieve” obtenidos se comportan como un organismo pluricelular. Crecen por división celular y después, cuando se alcanza cierto tamaño, determinadas partes del copo se parten para formar descendientes. Este ciclo sería similar a los estadios de adulto o joven en los organismos pluricelulares.
Después de unos cientos de generaciones los copos empezaron a mostrar incluso una especialización rudimentaria de sus distintas células. Una vez que el copo alcanzaba el tamaño de adulto algunas de las células sufrían una muerte programada, proporcionando así puntos de debilidad para que los hijos se pudieran desprender. Esto permitía a los copos tener descendencia mientras que todavía retenían capacidad como para decantarse al fondo de la centrifugadora, permitiendo así la supervivencia.
Los distintos linajes de copos fueron expuestos a diferentes presiones evolutivas y evolucionaron a distintas niveles de muerte programada. Como es raro que la muerte de una célula sea una ventaja evolutiva, este es un caso claro de cooperación por el bien de la comunidad, es decir, del organismo. Esta es la clave para que los copos evolucionen como unidades de evolución y no a nivel celular.
Lo maravilloso es que en tiempo real se pueda observar una transición tan importante como ésta en el laboratorio y que además se dé tan rápido.
Los escépticos señalan que las células de levadura producen colonias de forma natural y que sus antepasados fueron seres pluricelulares de decenas, cientos o miles de células hace millones de años. Por tanto, deben de haber retenido parte de esas capacidades que ya tenían en el pasado, como la adhesión celular o la muerte programada.
El grupo de Ratcliff está planificando eliminar ésta y otras objeciones en una próxima serie de experimentos en los que van usar Chlamydomonas, que es un alga unicelular que nunca tuvo antepasados pluricelulares. Además quieren seguir con el experimento de las levaduras para estudiar más aspectos de la división del trabajo celular.
Las células humanas sólo se pueden dividir un determinado número de veces. Más allá de cierto límite simplemente mueren. Sin embargo, este límite no se da en las células reproductivas, que pueden dividirse sin límite tanto en un joven de 20 años como en un hombre de 80.
Se desconoce cómo se da este mecanismo de inmortalidad en las células humanas, pero un grupo de investigadores del MIT ha dado con un gen que parece controlar este proceso en las levaduras. Es más, activando este gen en células de levadura envejecidas fueron capaces de doblar su habitual esperanza de vida. Si las células humanas estuvieran controladas de la misma manera se podría tener un sistema de rejuvenecimiento o un sistema de producción de células madre pluripotentes.
Angelika Amon dice que si se pueden identificar los genes que invierten el envejecimiento se podría empezar a desarrollar sistemas que los expresen en células normales.
Los científicos ya sabían que las células envejecidas de levadura parecían diferentes a las jóvenes (estas células tienen una vida de unas 30 divisiones). Los cambios relacionados con el envejecimiento incluyen la acumulación de trozos extras de ADN, agregados de proteínas y estructuras anormales en los agregados de proteínas y ácidos nucleicos del núcleo celular. Pero no se sabía si estos síntomas eran realmente importantes en el proceso de envejecimiento. Se sabía que todo eso pasaba pero no se sabía si eso mataba finalmente a la célula o hacía que enfermara. Según Amon nadie sabe lo que realmente es el envejecimiento.
Cuando una célula de levadura se reproduce sufre una meiosis que produce esporas. Este grupo de investigadores descubrió que los signos de envejecimiento desaparecían al final de la meiosis, sufriendo un proceso de rejuvenecimiento real.
Más tarde encontraron que el gen NDT80 se activaba justo cuando se producía este rejuvenecimiento. Cuando estos investigadores activaron artificialmente este gen en células envejecidas que ya no se reproducían vieron que vivían el doble de lo normal. Es decir, a partir de una célula vieja se conseguía una célula “joven”.
En estas células rejuvenecidas el único signo de envejecimiento que no desaparecía eran algunos cambios acaecidos en el núcleo celular. Esto sugiere, según Amon, que los agregados de proteínas y ácidos nucleicos del núcleo celular son la fuerza principal en el proceso de envejecimiento.
El próximo desafío será descubrir los mecanismos celulares que controlan estos cambios.
La proteína producida por el gen NDT80 es una factor de trascripción lo que significa que activa otros genes. Este grupo está ahora investigando los genes diana de NDT80 que son los que realmente realizan el proceso de rejuvenecimiento.
También están planeando estudiar los efectos de NDT80 en el gusano C. elegans y sus análogo p63 en ratones. Los humanos también tienen p63, gen que está emparentado con el gen p53 que nos protege del cáncer y que se encuentra en espermatozoides y óvulos.
Es una pena que no se consiga pronto un avance de este tipo en seres humanos. Probablemente un elixir de la eterna juventud sea imposible, pero un rejuvenecedor y doblador de esperanza de vida no estaría nada mal.
Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3541 [1]
Fuentes y referencias:
New Scientist.
Nota de prensa del MIT. [2]
Foto: Eye of Science/SPL.
Actualización:
Más referencias sobre levaduras evolutivas:
Nota de prensa. [3]
Artículo original. [4]