Un estudio desarrollado en el Instituto de Investigaciones Marinas-CSIC arroja luz sobre uno de los procesos clave de la biología celular y ofrece una explicación alternativa a la asumida hasta ahora por la comunidad científica. El hallazgo se acaba de publicar en la revista Nature Communications, y sus autores son Irene Otero Muras, Antonio Álvarez Alonso y Manuel Pájaro Diéguez, junto con Carlos Vázquez Cendón, de la Universidad de A Coruña.
El descubrimiento está relacionado con los procesos de decisión celular. Son aquellos en los que, como respuesta a ciertos estímulos o señales, las células pueden cambiar el fenotipo. Y hacen posible, por ejemplo, que las células madre, en función del tratamiento al que son sometidas, se transformen en células sanguíneas o epidérmicas y también que las bacterias alteren su metabolismo en respuesta a un cambio en el sustrato.
"Entender cómo se producen es una cuestión fundamental en biología, porque están involucrados en funciones imprescindibles como la división celular. Y también se relacionan con ciertas enfermedades. En la progresión tumoral, por ejemplo, intervienen sucesivas mutaciones pero también estos procesos de decisión que no implican cambios en la secuencia de ADN. En este caso, son hallazgos muy recientes sobre los que se está abriendo un campo muy grande de investigación", destaca Irene Otero.
Los investigadores vigueses, que pertenecen al grupo de Ingeniería de Bioprocesos del IIM, descubrieron una "propiedad clave" de estos procesos. La literatura científica y la visión aceptada apuntaban a su irreversibilidad. Es decir, una vez retirado el estímulo o señal el nuevo estado celular se mantenía, dando lugar a una respuesta robusta.
Pero estos procesos, aunque no siempre, se producen en condiciones de ruido molecular elevado -un número bajo de moléculas-, lo que resultaría incompatible con la histéresis o conservación de las propiedades adquiridas.
"Había una aparente contradicción entre esa respuesta robusta y los procesos estocásticos [variabilidad] que generaba cierta confusión. Quisimos ver qué estaba pasando y nuestro estudio concilia las dos visiones. Descubrimos que la histéresis es transitoria, es decir, desaparecen si el estímulo se mantiene en el tiempo. La estocasticidad irreversible no es posible y esto cambiará a partir de ahora la manera de interpretar los resultados experimentales y también cómo se explicaba de forma teórica esta contradicción", señala Otero.
Los investigadores vigueses reprodujeron de forma teórica experimentos anteriores que apuntaban a esa respuesta robusta utilizando modelos matemáticos desarrollados por Manuel Pájaro para su tesis doctoral, que estuvo dirigida por el cuarto coautor del artículo, Carlos Vázquez.
"Lo que ocurre es que esos experimentos eliminaban el ruido molecular, dando lugar a un sistema determinista. En cualquier reacción química hay moléculas que se rompen y dan lugar a otros compuestos. Si son pocas esos choques aleatorios se aprecian muy bien y por eso se llama ruidosa. Lo que probamos es que el ruido forma parte de la explicación y que si el experimento se prolonga la histéresis es transitoria, no permanece", añade Antonio Álvarez.
¿Y cuáles son las implicaciones de este hallazgo? "Nos permitirá entender mejor los mecanismos celulares y ayudará a diseñar mejores estrategias de control. En mi campo, la biología sintética, una de las cosas que hacemos es insertar secuencias de ADN para conseguir nuevas funcionalidades y una de las que perseguimos es precisamente la decisión celular", comenta Otero.
Los resultados obtenidos en el centro vigués también deberán tenerse en cuenta en el campo de la biomedicina, en concreto, en aplicaciones enfocadas a "dirigir el fenotipo de forma artificial a través de ciertas señales".
