Desvelan el metabolismo de un astro

Desvelan el metabolismo de un astro

La naturaleza es tan perfecta que el universo de lo macro contiene muchas más similitudes de lo que suponemos con el universo de lo micro. El cerebro y su bóveda son un ejemplo estelar de esa conjunción y de los misterios que entraña, tanto internamente como en su relación con lo externo. Hablando de materia gris y blanca, todos los reflectores han estado puestos sobre la neurona, la célula esencial del sistema nervioso, la unidad básica encargada de recibir, procesar y enviar información mediante señales eléctricas y químicas.

Pero hay otras células que son cruciales para el funcionamiento cerebral: son las gliales —a cuya familia pertenecen los astrocitos—, que se derivan de la misma célula madre de la que proceden las neuronas, por lo que se podrían considerar células ‘hermanas’. Además de compartir categoría familiar, también son semejantes en cantidad: la proporción total de neuronas (cuantificadas en cerca de 85 000 millones) y de células gliales es de casi 1 a 1. Los astrocitos son, nada menos, que los principales encargados de controlar el metabolismo y la homeostasis (la capacidad de autorregulación y mantenimiento de las condiciones internas, frente a los cambios externos) en el sistema nervioso central. Aunque su existencia se advirtió desde hace más de un siglo (en 1893 el húngaro Mihály von Lenhossék las bautizó así por su forma de estrella), solo a partir de la década de 1990 las células de la glía en general empezaron a brillar con luz propia en la investigación científica. Hasta entonces, se creía que su función era de mero soporte para las neuronas porque no conducen impulsos eléctricos, pero con el tiempo se ha descubierto su importancia.

Los astrocitos están encargados de regular los mecanismos antioxidantes que le permiten a la neurona defenderse de sustancias derivadas del oxígeno que la ponen en peligro; también promueven la nutrición neuronal y el control de neurotransmisores para que no actúen en exceso, entre otras funciones. De ahí su vínculo estrecho con el desarrollo de enfermedades neurodegenerativas o con las capacidades neuroprotectoras. Dilucidar esa relación fue lo que atrajo a la bióloga Janneth González y al neurocientífico George Barreto, quienes des- de 2007 unieron esfuerzos —ella con un largo recorrido en bioinformática y él con un amplio bagaje en neurociencia experimental— para estudiar a profundidad este tipo de célula. El resultado: “un modelo computacional a escala genómica del astrocito donde se describen sus características genéticas y reacciones metabólicas ante distintas condiciones y estímulos externos, desde la interacción con una proteína o un lípido hasta la privación de oxígeno”, explica González, directora del Laboratorio de Bioquímica Experimental y Computacional de la Pontificia Universidad Javeriana, donde nació esta idea, auspiciada por el Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación, y a la que se han unido científicos de las universidades Nacional de Colombia y de los Andes, así como de otras en Estados Unidos, España, Chile y México.

Según ella, este trabajo condensa y decanta toda la literatura existente sobre el astrocito y crea un modelo funcional de esta célula que les permite a los investigadores ‘jugar’ con distintas variables para entender mejor qué pasa en ella a nivel de sus genes (genómico), sus proteínas (proteómico), sus lípidos (lipidómico), sus metabolitos (metabolómico) y sus moléculas de ácido ribonucleico (ARN) (transcriptómico). Todos estos datos (ver glosario) fueron recolectados a partir de la experimentación en laboratorio con astrocitos humanos, realizada tanto en la Javeriana como en universidades internacionales, y del análisis teórico derivado de otros modelos digitales existentes. Solo en esta alma máter hay 45 investigaciones —la mayoría, tesis de maestría o doctorado— que soportan dicha iniciativa.

El proyecto está en constante crecimiento, a medida que la comunidad científica reporta más información, y hasta la fecha hay 10 666 datos (5007 de metabolitos y 5659 de reacciones), en una plataforma web de dominio javeriano y código abierto, construida conjuntamente con investigadores de la Universidad Nacional. Se llama Astrocyte Neuron Simulation Environment Platform (Ansep) y desde agosto de 2019 es de libre acceso para cualquier científico en el mundo que quiera hacer simulaciones o aportar sus hallazgos para nutrir o afinar la herramienta, que, conforme señala González, tiene un valor agregado: su forma de visualización, pues comúnmente se necesita tener licencias de uso de modelos diferentes e integrarlos, entender el sistema de cada uno y su lenguaje de codificación, e incluso saber de programación. “Quisimos disminuir esa curva de aprendizaje para el usuario y creamos una plataforma con una usabilidad y una visualización muy amigables, donde un investigador puede ver todas las reacciones en distintas vías y entender qué es lo que ocurre en el sistema”. Es como una detallada cartografía celular que se aproximaría hasta en un 80 % a lo que ocurriría in vivo, según estima el equipo investigador, el cual advierte, no obstante, que la información proyectiva siempre debe ser validada experimentalmente.

“Iniciativas como Ansep son muy valiosas para la neurociencia y deben ser apoyadas, pues todavía existen muchos vacíos acerca de la función de los astrocitos”, asegura el neurólogo Rodrigo González, especializado en el estudio de estas células. “La comprensión de sus funciones puede llevar al desarrollo de nuevos biomarcadores, terapias y medicamentos que amplíen la capacidad de respuesta ante patologías muy complejas, para las cuales no existen opciones curativas, como el alzhéimer o la esclerosis lateral amiotrófica, entre otras”, añade este investigador de la Universidad del Rosario.

Y justamente en esa vía empieza a caminar el grupo de científicos de la Javeriana, en alianza con los investigadores Andrés Pinzón y Johana Forero, del Laboratorio de Bioinformática y Biología de Sistemas del Instituto de Genética de la Universidad Nacional, para analizar la microbiota intestinal de 50 pacientes con párkinson, en aras de estudiar la relación microbiota-cerebro-párkinson. Se trata de la ciencia básica detrás de un objetivo aún más ambicioso: pasar al terreno de su aplicación en la salud.

Aunque para el neurocientífico rosarista el trabajo desarrollado por sus colegas javerianos es muy completo, aún hay un vasto campo de aplicación para los astrocitos, empezando por entender sus subtipos y el comportamiento de cada uno ante distintas enfermedades o procesos inflamatorios. Es una labor titánica que no se puede hacer en solitario. Pero en el cosmos celular, como quedó comprobado en el sideral, un pequeño paso del hombre puede significar un gran salto para la humanidad.

 

Glosario

  • Genómica: estudio del funcionamiento, contenido, evolución y origen de los genomas (secuencia de los pares de bases que constituyen el ácido desoxirribonucleico, ADN).
  • Lipidómica: estudio y caracterización del conjunto de los lípidos celulares, las moléculas con las que interactúa y sus funciones en el organismo.
  • Metabolómica: estudio de los procesos químicos que involucran metabolitos (sustancias más pequeñas que los genes y las proteínas, y que son el producto del metabolismo).
  • Proteómica: estudio del proteoma (todo el conjunto de las proteínas producidas por un organismo).
  • Transcriptómica: estudio del transcriptoma (todo el conjunto de las moléculas de ARN que están incluidas en las células y que son las encargadas de transcribir o copiar todo el material genético).

 


 

Para leer más
Sitio web de Ansep: https://ansep.javeriana.edu.co/login

TÍTULO DE LA INVESTIGACIÓN:
Genome-Scale Reconstruction of the Human Astrocyte Metabolic Network

INVESTIGADORES PRINCIPALES:
Janneth González y George Barreto

COINVESTIGADORES:
Cynthia A. Martín-Jiménez y Diego Salazar-Barreto
Facultad de Ciencias
Departamento de Nutrición y Bioquímica
Laboratorio de Bioquímica Experimental y Computacional

PERIODO DE LA INVESTIGACIÓN:
2007-actualmente

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Combatiendo al virus silencioso

Combatiendo al virus silencioso

Tras cumplir los 45 años, toda mujer enfrenta una fase de alto peligro para su salud. Esto no se debe a cambios hormonales en su cuerpo o a una baja de defensas, sino a que en esta etapa es más propensa a sufrir una de las enfermedades que, en Colombia, más vidas femeninas cobra. Según el estudio Globocan 2012, de la Organización Mundial de la Salud, el cáncer cervical ocupa el segundo lugar de incidencia y mortalidad por cáncer en mujeres; los expertos calculan que alrededor de 500 casos se reportan al año.

Lo más preocupante es que este cáncer es sumamente difícil de predecir, en esencia porque es asintomático. La forma de prevenirlo es a través de una citología, prueba que los expertos recomiendan a todas las mujeres hacerse anualmente tan pronto inicien su vida sexual. Es gracias a este procedimiento que se pueden evidenciar las lesiones que, de no tratarse, derivarían en cáncer.

“La mujer no siente nada: son lesiones silenciosas, muy diferente a una gonorrea u otra infección donde hay evidencia de un síntoma”, explica Adriana García, doctora en Ciencias Biológicas y docente de Odontología de la Pontificia Universidad Javeriana, quien desde el inicio de su doctorado en 2011 investiga el papel que juega el virus del papiloma humano (VPH) en esta enfermedad y las formas de prevenirlo.

El VPH es, de hecho, un serio problema para la salud sexual. Aparece debido a una infección del aparato reproductor, tanto masculino como femenino, pero en éste último encuentra las condiciones óptimas para que ocasione lesiones. Los científicos han determinado 100 tipos virales distintos de este virus y consideran que son 15 los más propensos a ocasionar cáncer.

Aunque se han encontrado casos en los que el VPH ha derivado en cáncer de pene y anal en hombres (asociado por relaciones homosexuales), en Colombia las mujeres son sus principales víctimas debido al alto número de casos reportados de cáncer cervical y de cuello uterino (el 99% de esta estadística se debe al virus).

Por eso es tan importante la práctica de la citología. Según la Encuesta Nacional de Demografía y Salud de 2015, promovida por Profamilia y el Ministerio de Salud y Protección Social, en Colombia el 94,6% de las mujeres entre los 21 y los 69 años se ha realizado una en algún momento de sus vidas.

Pero más allá de esta realidad, el peligro se mantiene latente. “Tal vez una de las causas por las que la incidencia de cáncer cervical no ha disminuido es que la lectura de lesiones tiene un 60%, o menos, de sensibilidad. O sea, una mujer puede ir cada año a la citología y le pueden decir que es negativa cuando, en realidad, es positiva”, afirma García, cuya tesis doctoral se centró en la búsqueda de biomarcadores genéticos más precisos que indiquen la presencia de esta enfermedad.

Años más tarde, cuando entró a trabajar en la Javeriana, su trabajo de investigación se centró en un área menos documentada: la incidencia del VPH en el cáncer de cabeza y cuello.

Desde 2014, y gracias a una convocatoria de la Universidad Javeriana, la doctora García, en conjunto con Alveiro Erira, magíster en Bioquímica y docente de posgrado de Odontología, y Fredy Gamboa, doctor y docente de Microbiología, iniciaron su trabajo de investigación sobre esta materia.

Tras publicar algunos artículos sobre el estado del arte de esta enfermedad, donde encontraron unos 200 casos reportados en el país y una incidencia del 30% relacionada con VPH, se dieron a la tarea de contactar a los 21 cirujanos que en todo el territorio atienden a quienes la padecen, pues se considera que la intervención quirúrgica es la primera línea para tratarla antes que la quimio y la radioterapia.

Este tipo de cáncer suele presentarse por la aparición de pequeñas masas en la cavidad oral. “Si está presente en la encía, amigdala y ha comprometido el hueso, hay que quitarla. Por eso muchas veces se debe remover media mandíbula o el paladar; en ocasiones, por cercanía al pulmón, puede hacer metástasis”, explica Erira.

De igual manera que el cáncer cervical, el de cabeza y cuello es mucho más difícil de detectar en su forma temprana porque los odontólogos no suelen tener protocolos de identificación y tratamiento de estas lesiones. Por esta razón es muy poco lo que se sabe sobre su origen, salvo que, en los casos en los que está relacionado con el VPH, se debe a prácticas de sexo oral. Pero no es la única causa: las bacterias, la ingesta de alcohol y el consumo del cigarrillo también pueden generarlo.

En su investigación, los docentes recolectaron pruebas de pacientes con esta enfermedad en Bogotá, Manizales y Bucaramanga, en las cuales, tras un análisis genético, determinaron que en cáncer de cabeza y cuello el 24% era positivo para la infección con VPH. Además, consultaron la expresión genética del virus e identificaron su presencia en las células de forma mixta: integrado (como parte del cromosoma) y episomal.

Aún en sus fases iniciales, los cinetíficos esperan que estas investigaciones les permitan halar biomarcadores para, en el futuro, prevenir eficazmente el cáncer de cabeza y cuello asociado a VPH.
Aún en sus fases iniciales, los científicos esperan que estas investigaciones les permitan halar biomarcadores para, en el futuro, prevenir eficazmente el cáncer de cabeza y cuello asociado a VPH.

Estos hallazgos quedaron registrados en la revista indexada Universitas Odontologica, de la Universidad Javeriana y en la revista Biomédica. Sin embargo, el interés de los autores persiste en un proyecto derivado, cuyo principal objetivo es el hallazgo de biomarcadores para predecir la presencia de cáncer de cabeza y cuello en pacientes.

El proyecto aún se encuentra en fase de investigación, pero de momento han identificado tres genes estadísticamente significativos para la enfermedad, los cuales esperan estudiar a fondo en Alemania, donde realizarán pruebas de metilación de ADN para entender, y tal vez proponer, un set de genes como marcadores para predecir qué pacientes tienen mayor probabilidad de desarrollar el cáncer. Asimismo, Erira trabaja en el hallazgo de biomarcadores para la saliva: “Cuando las células se vuelven cancerígenas, malignas, comienzan a secretar unas proteínas. Posiblemente ellas puedan detectarse tempranamente”, explica.

A futuro, esperan que los pacientes puedan contar con un método acertado y rápido para detectar el cáncer de cabeza y cuello, el cual podría manifestarse en una plataforma que leyera los biomarcadores de la saliva o, incluso, proponer el uso de la vacuna que inhiba el VPH también en los hombres, pues la actual está diseñada para mujeres debido a los altos casos reportados de cáncer cervical.

Pero se trata de un futuro muy lejano. Por eso, para concentrarse en la problemática del presente, ambos investigadores coinciden en la importancia de la medicina preventiva: por un lado, que el paciente tome conciencia de que ciertos hábitos, como el consumo del cigarrillo, son mucho más dañinos de lo que cree; y por otro, entrenar muy bien al personal médico y odontológico en formas efectivas de detectar los primeros indicios de la enfermedad.

“El equipo médico también debe tomar conciencia de que su paciente debe hacerse la prueba de VPH, y hacer fuerza para que la vacuna cobije a hombres”, resume García.


TÍTULO DE LA INVESTIGACIÓN (1): Genotipificación, niveles de expresión y estado de integración del virus del papiloma humano en el carcinoma orofaríngeo de células escamosas.
INVESTIGADORA: Adriana García.
COINVESTIGADORES: Leidy Angélica Motta, Alveiro Erira y Andrés Chalá.
PERIODO DE LA INVESTIGACIÓN: 2014-2016.

TÍTULO DE LA INVESTIGACIÓN (2): Evaluación de biomarcadores pronósticos en cáncer cervical y carcinomas orofaríngeos de células escamosas asociados a infección por Virus de Papiloma Humano(VPH) en población colombiana.
INVESTIGADORA: Adriana García.
COINVESTIGADORES: Alveiro Erira y Fredy Gamboa.
PERIODO DE LA INVESTIGACIÓN: 2015-actual.

Facultad de Odontología.
Pontificia Universidad Javeriana.