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Basta un poco de sal en una célula para que ésta encoja

Sometida a stress, como por ejemplo la modificación de su entorno, una célula reacciona más o menos rápidamente para asegurarse la supervivencia. En la levadura, esto pasa por una sucesión de reacciones conocidas, pero cuya dinámica nunca había sido estudiada. Ahora ya está hecho gracias al investigador del CNRS Pascal Hersen (1) y a sus colegas americanos de la Universidad de Harvard (2). Tras haber perfeccionado un dispositivo de medición sencillo e innovador, los científicos han confirmado la hipótesis según la cual más allá de una cierta frecuencia de estimulación, la célula de levadura ya no responde a un stress osmótico (3). A partir de ahora, los investigadores pueden medir la velocidad de reacción a ese stress y, sobre todo, modificarla suprimiendo ciertos genes.

Estos trabajos abren nuevas perspectivas en la ingeniería de los seres vivos. La idea es construir células con funciones biológicas innovadoras y cuya dinámica sea controlada. Han sido publicados on line en la web de la revista PNAS.

Células de levadura cuyo núcleo está marcado en fluorescencia roja y la proteína hog1 está marcada en fluorescencia verde. Esta proteína se localiza en el núcleo como consecuencia de un shock osmótico. © Pascal Hersen / CNRS (pulsar sobre la imagen para ampliarla)

¡Basta un poco de sal en una célula para que ésta encoja! Este fenómeno se explica por una diferencia de salinidad entre el interior y el exterior de la célula. Y, para restablecer el equilibrio entre esas concentraciones, la célula suelta agua, lo que reduce su tamaño… A fin de recuperar la dimensión normal, la célula lleva a cabo una serie de reacciones indispensables para el buen funcionamiento de sus procesos de regulación y de adaptación. En la levadura Saccharomyces cerevisiae, un sistema eucariota (4) modelo, esta cascada está claramente descrita. Pero su dinámica sigue siendo un misterio. No obstante, una célula debe reaccionar a la velocidad correcta para asegurar su supervivencia. En consecuencia, es esencial comprender la dinámica de la respuesta celular a un stress ambiental.

Para ello, Pascal Hersen y sus colegas americanos decidieron estudiar cómo y a qué velocidad responde la levadura y se adapta a un stress ambiental. Gracias a un dispositivo sencillo que permite seguir el comportamiento de células individuales, crearon un ambiente que introduce un desequilibrio de forma periódica. De esta forma consiguieron determinar las propiedades dinámicas de la respuesta celular.

Primera observación: cuando la frecuencia es demasiado alta, el tamaño de las células no cambia. Simplemente, la transferencia de agua a través de la membrana celular no tiene tiempo de producirse. A la inversa, a frecuencias más débiles (introducción de un desequilibrio cada 10 segundos), las células encogen y se hinchan periódicamente, siguiendo con fidelidad las fluctuaciones de ese desequilibrio. De todas formas, en esta fama de frecuencias, la cascada de reacciones no tiene tiempo de ser activada entre dos ciclos. En consecuencia, hay un desfase entre la respuesta mecánica y la respuesta biológica. Las reacciones biológicas se activan y se suceden “naturalmente” sólo a partir de un período del orden de una decena de minutos, sincronizadas con la respuesta mecánica de la célula. Esta frecuencia, por lo tanto, es característica de la dinámica de respuesta de la levadura dado que ésta es incapaz de seguir fielmente los cambios excesivamente rápidos de su entorno más allá de 10 minutos.

Finalmente, al suprimir ciertos genes de la levadura los investigadores han demostrado que esa cascada se puede ralentizar significativamente. Lejos de detenerse en este magnífico punto, esperan comprender cómo la abundancia y la naturaleza de las proteínas influyen sobre la dinámica de tales reacciones y podrían, finalmente, ser capaces de desacelerarlas o de ralentizarlas. Este dominio ofrece nuevas perspectivas en biología “sintética” (5) para concebir células con funciones innovadoras, cuya dinámica de respuesta frente a un stress sea controlada.

Notas:

(1) Unidad Materia y sistemas complejos (MSC, CNRS / Universidad Paris 7).

(2) Se trata del equipo dirigido por Sharad Ramanathan en el Center for Systems Biology (Universidad de Harvard).

(3) El stress osmótico resulta de una diferencia de concentraciones en soluto (la sal por ejemplo), de una parte y otra de la membrana celular ; la ósmosis diseña el fenómeno de retorno al equilibrio por difusión de agua a través de esa membrana..

(4) Organismo vivo que posee un núcleo aislado del citoplasma por una membrana y que contiene ADN.

(5) La biología sintética es la ingeniería de los seres vivos. Se trata de sintetizar sistemas complejos fundados en la biología, y que llevan a cabo funciones que no existen en la naturaleza..


Crédito de la imagen: Pascal Versen / CNRS


Traducido del francés para Astroseti.org por Marisa Raich




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