Pioneras verdes

Aunque cuando nos falta el aire pedimos oxígeno, el 79% del aire que respiramos es nitrógeno atmosférico (N2). Tanto el oxígeno como el nitrógeno son esenciales para la vida, pero así como el oxígeno atmosférico lo podemos asimilar y utilizar, no sucede lo mismo con el nitrógeno. El nitrógeno es imprescindible para fabricar proteínas, ácidos nucleicos y otros compuestos del organismo pero en la forma en la que se encuentra no nos sirve, no es asimilable. Ni para nosotros ni para las plantas. 

La razón es que para captar el N2 atmosférico se necesita una maquinaria muy sensible al oxígeno. Si hay oxígeno en el interior celular, se bloquea. Las células de nuestro organismo están en contacto con el oxígeno, por lo que no tenemos esta maquinaria captadora de N2.

Las plantas llevan a cabo la fotosíntesis, proceso por el que consiguen azúcares y otros carbohidratos a partir de CO2, agua y luz. También obtienen oxígeno, necesario para organismos como nosotros que lo utilizamos durante la respiración. Por tanto, las células de la planta tampoco pueden contener esta maquinara captadora de N2. 

¿Cómo puede ser que algo tan esencial, evolutivamente no lo tengamos más accesible? No lo sé. Nosotros obtenemos el nitrógeno necesario a través de la dieta, principalmente en forma de proteínas. 

Las plantas en cambio dependen del nitrógeno del suelo. En él habitan unas bacterias capaces de captar el N2 de la atmósfera y transformarlo en un compuesto asimilable para la planta. Estas bacterias a veces son de vida libre y otras están estrechamente ligadas a la planta, en una relación de dependencia total la una de la otra. En simbiosis. La subsistencia de las de vida libre depende de encontrar nutrientes en el suelo para obtener la energía para llevar a cabo la captación (llamada fijación del N2). En cambio, las que están en simbiosis con las raíces de la planta reciben de ésta hidratos de carbono a cambio de que la bacteria aporte nitrógeno asimilable. Cada uno da al otro lo que le sobra. Para la planta es sencillo obtener azúcares a través de la fotosíntesis. Para la bacteria es sencillo fijar el N2 atmosférico, pero ambas lo tendrían difícil para llevar a cabo los dos procesos. 

Una vez la planta lo recibe y sintetiza proteínas, ácidos nucleicos, etc, el nitrógeno entra en la cadena trófica a través de herbívoros, luego carnívoros, etc.

Dentro de este contexto existe un grupo de bacterias especiales conocidas como cianobacterias. Fueron las precursoras de las plantas y tuvieron un papel clave en la evolución ya que se piensa que fueron quienes inundaron la atmósfera de oxígeno hace 2.500 millones de años gracias a su pionera capacidad de obtener energía (y oxígeno) a partir de CO2, agua y luz. Es decir, hacer la fotosíntesis.

Con toda la charla sobre el nitrógeno diréis que de dónde lo sacaban ellas. Su singularidad les viene del hecho de saber hacer la fotosíntesis a la vez que fijar N2, y es que no sólo fueron pioneras fotosintéticas sino que lo fueron también en la división del trabajo. Aunque las cianobacterias son, como indica, bacterias (y por tanto unicelulares) hay una cierta asociación y conexión entre ellas. Así, mientras la mayoría se dedica a realizar la fotosíntesis unas pocas células especializadas (llamadas heterocistes) se dedican a fijar N2. Luego es cuestión de repartir lo obtenido.

Diminuto homenaje a estas diminutas verdes, iniciadoras de la fotosíntesis y la fijación del N2, indispensables para la vida tal y como la conocemos.

Cianobacterias, por Casandra
Más grandes y de color más claro, los heterocistes.

Cuestión de dosis

En general se cree que tenemos dos copias de cada gen (una del padre, otra de la madre) en cada una de nuestras células. Sin embargo se ha visto que hay regiones del ADN que están repetidas y el nº de repeticiones varía entre individuos, incluso entre hermanos gemelos, es decir que no siempre el número de repeticiones viene heredado de nuestros padres y en algunos casos aparecen "de novo" con cada individuo. Estas repeticiones (CNV, copy number variation) pueden ser debidas a un error en la replicación  (la copia) del ADN, aunque existen otras causas.

Las CNVs tienen un efecto significativo si se dan en una región del ADN que contenga genes. Si alteran el numero de copias de un gen, alterarán el papel de ese gen en la célula. El número de repeticiones de un gen puede tener un papel relevante tanto en la respuesta a fármacos como en el origen mismo de una enfermedad.

La dosis de un fármaco se calcula a partir de la cantidad de principio activo, la vida media que tendrá en el cuerpo, el peso y edad del paciente, etc. El gen gstm1 codifica una proteína implicada en el metabolismo de fármacos, su degradación y detoxificación. Si hacemos una estimación de la dosis del medicamento pensando que tendrá una vida media t y resulta que el paciente presenta más copias del gen gstm1 de lo normal, es posible que el fármaco se degrade más rápido y sea menos efectivo. Si la variación es a la baja, el fármaco puede llegar a resultar tóxico para el paciente.

Puede pasar que este desajuste en el número de copias sea la causa de la enfermedad. La falta de una proteína necesaria para degradar purinas, por ejemplo, dará como resultado un exceso de ácido úrico, se acumulará en las articulaciones y provocará gota. Si fuera así, por mucho que secuenciáramos (leyéramos letra a letra) el gen en busca de mutaciones, no encontraríamos, ya que la secuencia es la correcta y lo que falla es el número de copias del gen.

Como en el caso de las metilaciones, a veces no basta con buscar cambios de A por T, o de C por A o G. Son necesarios otros puntos de vista y técnicas para detectar estas variaciones. En la mayoría de cambios de CNVs y cambios de nucleótidos (A por C, por ej.) conocidos como SNPs, el resultado es benigno. De hecho, cada uno de nosotros tiene una colección de SNPs y CNVs que nos hacen únicos. Sólo a veces, por la posición en la que caen, provocan enfermedades. Incluirlas en los tests de detección de alteraciones ayuda a esclarecer el origen de la enfermedad y el tratamiento más idóneo. Filtrándose va, medicina personalizada.

Cuestión de dosis, por Casandra

Más que hibernando

¿Y si pudiéramos ser congelados, guardados en una cámara y volver a la vida meses o años después bien a la espera de una solución para una enfermedad incurable todavía, bien por el simple placer de viajar en el tiempo?¿Qué nos lo impide a día de hoy?

Que somos casi todo agua.

Cuando el agua se congela, se expande y forma cristales que romperían el tejido celular. En casi todos los casos ese daño sería irreparable (probad a congelar una hoja de lechuga). 

Pero algunos animales saben cómo saltar ese obstáculo. Existe una rana de bosque norteamericana (Lithobates sylvaticus) que es capaz de pasar los inviernos totalmente congelada. Su corazón no late, no respira, pero se encuentra perfectamente. La rana sobrevive a la congelación porque sube los niveles de glucosa de sus células hasta unos niveles que para nosotros serían intolerables. Pero ha adaptado su metabolismo para ser viable en esas condiciones. El azúcar actúa como anticongelante evitando que se formen grandes cristales. Un efecto parecido tiene el azúcar en los helados: mejorar las condiciones de cristalización para que tengamos algo cremoso, denso y no un simple cubito de hielo.

Por ahora hemos sabido aplicar esta receta para congelar células con fines médicos, como la congelación de óvulos para reproducción asistida. También se han publicado estudios en los que se congelaban gusanos vivos y cuando se descongelaban meses después sobrevivían. Es decir, todavía no se revive, se sobrevive. Pero no se sabe cómo hacerlo con organismos más complejos, como una mosca, un ratón o un humano. ¿Cuestión de tiempo?

Hielo, por Casandra