lunes, 5 de noviembre de 2018

A VUELTAS CON LA GENÉTICA. ENTRADA Nº 10


A vueltas con la Genética. Entrega nº 10


Por Federico Bello Landrove

     El mundo de la Genética está en constante evolución. Esta serie de ensayos pretende ser una aproximación a algunos de los avances y descubrimientos científicos más recientes en la materia. Al propio tiempo, puede suponer una actualización del trabajo general presentado en este blog, bajo el título de Lamarck y Darwin se unen: Revisión general de la doctrina en materia de aleatoriedad de las mutaciones.



1.      En torno al envejecimiento humano


     El envejecimiento y la muerte -y más, si afectan a nuestra especie- presentan un doble plano biológico, que se ha puesto de moda desde que científicos más o menos sensacionalistas han empezado a augurarnos unas vidas más que centenarias. Parece que hemos olvidado que la muerte es tan natural y necesaria como la vida y que, en cierto modo, aquella no tendría mucho sentido ni posibilidades, de no ir precedida como destino final por el camino del envejecimiento.
     El primer plano es metafísico y parece llegar a cuestionar hasta lo evidente: ¿Qué sentido evolutivo tiene el que los hombres -por aludir a una especie privilegiada, al ser la nuestra- envejezcan antes de morir? ¿Estamos seguros de que nuestra muerte es algo natural, que haya sido seleccionado evolutivamente para mejorar el destino de nuestra especie?
     El segundo plano es puramente físico -vale decir, científico- y se pregunta por la forma genética y los caminos y caracteres que el envejecimiento va adoptando hasta desembocar en el óbito.
     Para tratar de uno y otro plano me ha parecido muy interesante la lectura y reflexión de dos artículos, en cierto modo complementarios, siempre dentro de los límites de la Ciencia, en general, y de la Genética, en particular. Espero que mi resumen no los traicione ni minimice en exceso, dado que se trata de trabajos considerablemente extensos.


1.1.            El envejecimiento humano y las teorías genéticas que lo explican. [1]


     Hoy por hoy, no hay una sola teoría indiscutible que analice el sentido adaptativo del envejecimiento, pero hay dos que, desde hace décadas, siguen defendiéndose como las más sólidas para explicarlo: la teoría de la acumulación de las mutaciones (en lo sucesivo, MA) y la de la pleiotropía antagonística (a partir de aquí, AP). La clave de la primera es explicar el envejecimiento como una mala adaptación progresiva del individuo a su entorno, por consecuencia de la acumulación de mutaciones erróneas y deletéreas no adecuadamente reparadas. La de la segunda es la aplicación prevalente de recursos para la reproducción, con paralelo déficit de los que se reservan al soma o parte vegetativa del cuerpo; una prioridad que permite considerar positivos y libres de borrado genético aquellos caracteres -genes- que resulten favorables para las alegrías reproductivas de la juventud, aunque sus efectos se vuelvan luego nocivos o peligrosos en edades más avanzadas.
     Como suele suceder cuando dos teorías prestigiosas se enfrentan, a la postre trata de hallarse una coordinación entre ellas, en función de variables tales como la influencia del medio ambiente, la especie de que se trate y el tipo de reproducción que esta tenga. Los autores del artículo que resumo presentan una ilustrativa tabla[2] de teorías intermedias, donde en unas domina la teoría de la MA y en otras la de la AP. Dicha enumeración de teorías intermedias tal vez debería ser complementada con estas dos adiciones, de las que solo la primera es objeto de alusión en dicho trabajo:
·         Añadir la teoría del envejecimiento asistido o programado, en que se admite que la muerte sea un rasgo favorable para el ser vivo, como necesario para la especie, pero que la senescencia no es tan favorable o necesaria; por lo cual, a nivel adaptativo y para circunstancias concretas y determinadas, la longevidad de una población puede activarse o inhibirse genéticamente.
·         La integración en la teoría de la acumulación de mutaciones del descubrimiento (bastante posterior a aquella) del acortamiento de los telómeros, que se va produciendo a cada mitosis celular en todas aquellas especies -como la nuestra- que dejan de producir sistemáticamente la hormona telomerasa (que restauraría la integridad de los extremos finales del ADN). Esta replicación incompleta del ADN por la llamada atrición de los telómeros tiene una corrección teóricamente sencilla, restaurando una cantidad suficiente de telomerasa en el organismo, pero suscita el peligro de promover una proliferación incontrolada de las células, de tipo canceroso.
     Cada una de las teorías sobre el envejecimiento cuenta con modelos matemáticos, pero sus patrones no se adaptan con facilidad de unas especies a otras (por ejemplo, se han establecido patrones en cisnes, peces Lebistes, Drosophila, cnidarios, etc.), lo que permite poner en duda su eficacia cuando se aplican a humanos, en cuestiones tales, como la longevidad efectiva, el nivel y ritmo de la decadencia física, o la separación de los efectos de la decadencia per se y los de la serie de enfermedades que van afectando a los ancianos. Aunque parezca una obviedad, debe resaltarse que hay rupturas en la estadísticamente correcta coligación del envejecimiento con la muerte, como consecuencia de las llamadas causas externas de defunción (epidemias, guerras, cambios radicales del ambiente…).
      Los autores del artículo que comento asumen la tesis de que el envejecimiento tiene que ver con el hecho de la reproducción, como lo evidencia el correlato de la senescencia con el momento de la madurez sexual, con el periodo vital en que puede procrearse o con el tipo de reproducción -en especial, sexuada o asexuada- de cada especie. En este sentido, yo me pregunto hasta qué punto, y a partir de qué momento histórico, empezarán a tener importancia decisiva en el envejecimiento humano prácticas antinaturales -biológicamente hablando-, como el retraso en la paternidad/maternidad, o la tendencia a disminuir al máximo el número de embarazos. Es algo que nos parece propio de nuestra especie y de la época actual, pero que está dentro de una dinámica general y ucrónica: la de la influencia medioambiental, que condiciona a los seres vivos a la hora de alcanzar niveles muy diversos de reproducción y de supervivencia.
     A la pregunta crucial, si la senescencia tiene, o no, que ver con la selección natural, los genetistas del citado artículo han tratado de validar experimentalmente la teoría de la pleiotropía antagonística en humanos, analizando genes y loci bajo presión selectiva, tanto reciente como antigua, y no han llegado a obtener datos significativos. Ello parece abonar -en su opinión- que la senescencia (al menos, desde el punto de vista de la teoría de la AP) no tiene que ver con la selección natural. Dicho de otro modo menos tajante y comprometido, que la senescencia no es un fenómeno equívoco pues, al lado de efectos negativos, los tiene positivos y neutrales. Claro está -ironizo yo- que se está hablando a nivel de la especie; en lo que se refiere al individuo concreto, resulta difícil sustraerse a la conocida lamentación, ¡qué triste es ser viejo! 


1.2.            Las señas de identidad del envejecimiento.[3]


     El estudio global del envejecimiento es una constante de nuestros días (la Gerontología, en sentido interdisciplinar), lo que ha permitido avanzar mucho en su conocimiento. Por ejemplo, se ha llegado a identificar ciertos procesos bioquímicos, conservados a través de la Evolución, que suelen producir la senescencia, cuando menos, en los mamíferos. El mayor reto -se afirma- es coordinar todos ellos y ver cuál es su respectiva incidencia, así como combatir en humanos el envejecimiento (en lo sucesivo, E) prematuro o mórbido. La cosa no es fácil pues, para empezar, no está claro en qué consiste el E, más allá de algunas generalidades sobre disfunción y daño celular. Con todo, los autores del trabajo que sintetizo han establecido un total de nueve características que pueden concurrir (todas, o parte de ellas) en el E. Enumerémoslas:
·         La primera es la inestabilidad del genoma, por la multiplicación de lesiones del ADN no reparadas adecuadamente. Se trata de lesiones variadísimas, desde las mutaciones puntuales a las alteraciones cromosómicas; de las del ADN nuclear, a las del ADN mitocondrial o a las de la arquitectura del núcleo celular. Como en todas las causas, puede afirmarse en esta que, si se logra paliar las alteraciones, se retrasará o disminuirá el alcance del E.
·         La segunda es la atrición de los telómeros, fruto de una replicación incompleta del ADN y de la falta de telomerasa para repararla. Fortalecer la acción de dicha enzima resultaría clave para frenar esta causa, pero con cuidado de no provocar cáncer.
·         La tercera son las variaciones negativas de la epigenética, que se han comprobado en muchos seres vivos y con las formas más diversas: inadecuada metilación de los genes, inactividad de las sirtuinas, alteraciones en la remodelación de la cromatina, alteraciones de la transcripción de las marcas epigenéticas, etc. La relativa reversión de los cambios epigenéticos, el empleo de sirtuinas, etc. pueden servir de paliativo para esta característica del E.
·         La cuarta es la pérdida o disfunción de la proteostasis (es decir, la producción de proteínas en cantidad y forma correctas), dando lugar a proteínas mal plegadas, agregadas, etc., que ya no son eliminadas -como se debería- por degradación o autofagia. Combatir el shock calórico y los estrés oxidativo y del retículo endoplasmático, así como potenciar la acción de las chaperonas, pueden mejorar la situación frente a esta causa de E.
·         La quinta es la desregulación de la sensibilidad a los nutrientes, que puede dar lugar a un exceso de los mismos, si no se lleva a cabo una restricción dietética o una recuperación de las vías adecuadas (insulínica, IGF1, sirtuinas…).
·         La sexta es la disfunción mitocondrial, por mutaciones en su ADN, lo que altera las funciones de las mitocondrias en todas sus modalidades (producción de energía, equilibrio iónico, apoptosis, control de las formas reactivas del oxígeno -ROS-, etc.).
·         La séptima es la senescencia celular (con o sin acortamiento telomérico), que alcanza a casi todos los tejidos y que llega a más que doblar la proporción en ellos de células ineficaces o inexistentes. Si esta senescencia se extiende al sistema inmunológico, el peligro de E y de muerte es aún mayor.
·         La octava es el agotamiento de las células madre, dentro de la general disminución de la capacidad de generar nuevas células y de que estas tengan su ADN completo (conservación, o no, de los telómeros).
·         Y la novena es la alteración de la comunicación intercelular, que se manifiesta sobre todo en el ubicuo fenómeno de la inflamación, responsable de enfermedades como las artrito-reumatoides, diabetes tipo 2, obesidad y aterosclerosis.
     En conclusión -entienden los autores-, ya tenemos unas evidencias o síntomas celulares del E, que no siempre son negativos pues, hasta cierto nivel o grado, pueden ser neutros o positivos. Las tres primeras son causas primarias; las tres siguientes son causas reactivas o de respuesta (antagonísticas); las tres últimas son integradoras (responsables de trasladar las anteriores al fenotipo). Pero todas son susceptibles de combatirse hasta cierto punto y momento: lo suficiente para lograr que el E se retrase y no curse de una manera brusca o tan aflictiva. Desde luego, teórica y prácticamente, en el conocimiento y la terapia del envejecimiento queda aún muchísimo por descubrir.



2.      Genes humanos para ambientes extremos: el frío


     La alta cultura y la globalización que ha alcanzado la especie humana pueden estar acabando con muchos fenotipos perfectamente adaptados a ambientes extremos y/o muy variados, alcanzados a lo largo de los 200.000 años de vida de nuestra especie, gracias a la selección positiva, tal y como esta quedó establecida por Darwin[4]. Tal vez, piensan algunos, esté alcanzando Homo sapiens sapiens una fase de equilibrio evolutivo. Por eso resulta interesante examinar ciertas adaptaciones extremas, antes de que desaparezcan junto con las condiciones ambientales que les dieron origen. Ese es el sentido del estudio sobre el pueblo inuit, o esquimal, que Fumagalli y otros desarrollaron, resumiendo a su vez el estado de la cuestión a fecha de 2015.
     Las principales diferencias genéticas que apreciaron en los esquimales de Groenlandia tenían que ver con el metabolismo de una dieta muy rica en grasas (insaturadas), así como en su estatura y complexión, para ofrecer la menor superficie posible expuesta al frío. Esas, y otras adaptaciones, han tenido que ser muy rápidas pues sabido es que América se pobló tardíamente[5], a base de migraciones procedentes de Asia, y esas adaptaciones al frío no son compartidas, ni por sus ancestros, ni por los indígenas americanos que poblaron otros ambientes.

***

     Desarrollando mucho más los temas e ideas antes indicados, los autores de un amplio estudio sobre el mundo gélido del extremo norte ruso-siberiano y del antártico, aparecido en 2017[6], han realizado un análisis, no solo del genoma de humanos, sino de otras cinco especies de mamíferos (zorro ártico, caballo yakuto, mamut conservado por congelación, oso polar y ballena de Minke o rorcual menor), procurando reflejar el estado de la cuestión en sede de adaptación al frío extremo. Han encontrado hasta 416 genes peculiares de dicha adaptación, compartidos cuando menos por dos de dichas especies -no se encontró ninguno común a las seis-, lo que induce a pensar que existan vías bioquímicas compartidas por los mamíferos para adaptarse al frío de las regiones polares y subpolares.
     Para empezar, se encuentran especialidades adaptativas en el tamaño de los individuos (menor superficie corporal en proporción a su volumen), en la densidad del pelo y en el grosor de la capa de grasa subcutánea. También son importantes y reiteradas las peculiaridades de los cilios de las células respiratorias, cosa que tiene que ver con la baja temperatura y la muy escasa humedad del aire que tienen que respirar. En lo que respecta a la especie humana, se resalta que, gracias a largas migraciones, casas y vestidos, pueden neutralizar en parte unos efectos ambientales que las demás especies no tienen más remedio que soportar en su integridad.
     Los resultados del estudio apuntan en el sentido de una respuesta general de los mamíferos al frío extremo, mediante la formación de proteínas peculiares o, al menos, mediante su sobre o infra producción -según los casos-, en caso de compartirlas con otros mamíferos. Algunos de los genes mutados más compartidos por las citadas especies hacen referencia a la función cardiovascular (SPTBN5, KNG1, ICAM4, DSP, etc.), cubriendo también a veces otras necesidades, como las propiedades mecánicas de la piel; al metabolismo basal con hiperglucemia; a evitar las pérdidas de calor; a lograr la rápida migración de los leucocitos a zonas corporales muy expuestas (resistencia a la neumonía y otras infecciones respiratorias); al temblor termogénico, etc. Algunas de las peculiaridades genéticas encontradas aún no han podido conectarse debidamente con la adaptación al frío y, en otros casos, la relación sugerida es meramente indiciaria.
     En el corazón, es significativo el aumento de su masa, así como del tamaño relativo de los miocitos ventriculares. En el aparato respiratorio, una serie de peculiaridades de los cilios induce a pensar que sea una adaptación al frío de la función respiratoria. En realidad, hay toda una serie de modificaciones en el hígado y en los pulmones que sugiere son órganos clave para la adaptación al frío extremo. Una de las más llamativas es que, mediante el aumento del tamaño de los pulmones y de la eficacia de la circulación interna del aire en ellos, se respire menos veces por unidad de tiempo, evitando así que se pierda calor y vapor de agua; pero ello es a cambio de que decrezca la protección frente a los agentes contaminantes e infecciosos: Aquí es donde un mayor batido de los cilios puede jugar un papel positivo.
     En cuanto al hígado, la alimentación muy rica en grasas obliga a aumentar su tamaño y el de los hepatocitos y sus mitocondrias, incrementando la función respiratoria de aquellos. La abundancia de grasa negra (la que convierte con más rapidez la energía de los alimentos en calor) permite utilizar las acilcarnitinas como fuente energética. La glucosa y los ácidos grasos de las lipoproteínas son de muy baja densidad, y se incrementa la secreción de bilis ácida para digerir tanta grasa. Se generaliza el tejido adiposo negro para incrementar la generación de pro-oxidantes en los tejidos termogénicos.
     En conclusión: Aunque no se han encontrado genes adaptativos comunes a las seis especies estudiadas (una de ellas, extinta hace unos cinco mil años), todo induce a pensar en mecanismos y vías bioquímicas comunes para lograr la adaptación al frío extremo, mediante la organización peculiar del sistema cardiovascular, la piel, el sistema inmunológico, el incremento de la producción de calor corporal y, por supuesto, por los cambios de comportamiento.
    


[1] Juan Antonio Rodríguez, Urko M. Marigorta, David A. Hughes, Nino Spataro, Elena Bosch & Arcadi Navarro, Antagonistic pleiotropy and mutation accumulation influence human senescence and disease, Nature Ecology & Evolution (Supplementary information), Vol 1, Article 0055, 2017, pp. 1-44.
[2] Tabla 1, página 3 del artículo citado en la nota anterior.
[3] Carlos López-Otín, María A. Blasco, Linda Partridge, Manuel Serrano & Guido Kroomer, The hallmarks of aging, Cell 153, June 6, 2013, pp. 1194-1217.
[4] Para este apartado del capítulo véanse: Matteo Fumagalli & Luca Pagani, Genes humanos para ambientes extremos, Investigación y Ciencia, Junio 2017, Nº 489;  Matteo Fumagalli, Ida Moltke, Niels Grarup, Fernando Racimo, Peter Bjerregaard, Marit E. Jørgensen, Thorfinn S. Korneliussen, Pascale Gerbault, Line Skotte, Allan Linneberg, Cramer Christensen, Ivan Brandslund, Torben Jørgensen, Emilia Huerta-Sánchez, Erik B. Schmidt, Oluf Pedersen, Torben Hansen, Anders Albrechtsen & Rasmus Nielsen, Greenlandic Inuit show genetic signatures of diet and climate adaptation, Science, 5 June 2015.
[5] En diversas oleadas, dicho poblamiento se realizó entre 35.000 y 15.000 años atrás, aproximadamente.
[6] Nikolai S. Yudin, Denis M. Larkin & Elena V. Ignatieva, A compendium and functional characterization of mammalian genes involved in adaptation to Arctic or Antarctic environments, BMC Genetics, Volume 18, Supplement 1:111, published: 28 December 2017.

No hay comentarios:

Publicar un comentario