En muchos de estos relatos el viaje es reversible: el protagonista de la novela de H.G. Wells es capaz de regresar del futuro apocalíptico al que ha viajado; Marty y sus compañeros de Regreso al Futuro van y vienen al y desde el pasado y el futuro, intentando arreglar paradojas temporales; los errores llevan a Bruce Willis a dar tumbos como un loco (literalmente) por la linea temporal.
Otros viajes son irreversibles, sólo se pueden realizar en una dirección. Algunos solamente hacia el pasado, como en el relato corto ganador de un premio Nébula He aquí el hombre, de Michael Moorcock (incluído en el fantástico libro Lo mejor de los Premios Nébula publicado por NOVA SF); en otros el viaje es hacia el futuro (atención spoiler!), como en la película clásica El Planeta de los simios.
En otras la dirección del viaje sólo queda clara después de leerse el libro. No os los pienso estropear. Hablo de dos increíbles libros de ciencia ficción, también publicados por NOVA: El Libro del día del juicio final, de Connie Willis; y Cronopaisaje, de Gregory Benford.
Nosotros, pobres mortales atrapados en la ficción no literaria tenemos que conformarnos con avanzar junto a la flecha del tiempo a una velocidad de 60 minutos cada hora. Siempre hacia adelante, célula a célula, desde que fuimos fecundados.
Desde la fecundación el cigoto, la célula resultante de la unión del espermatozoide y el óvulo, tiene un plan: irse dividiendo de dos en dos hasta formar el centenar de billones de células que conforman un ser humano. Del cigoto derivan todas las demás células. O dicho de otra manera, un cigoto es una célula totipotente, puede dar lugar a todo tipo de células y formar un organismo entero ella solita. El cigoto es la madre de todas las células madres.
A medida que la flecha del tiempo avanza inexorablemente, el cigoto va desarrollándose a embrión, y a cada división las células van perdiendo "potencia". Las células madres embrionarias son células pluripotentes, pueden dar lugar a cualquier tipo celular, pero no pueden dar lugar a un individuo entero.
En estados más avanzados de desarrollo (siguiendo nuestro particular viaje en el tiempo), muchas células van perdiendo casi toda su potencialidad. Al final, en la vida fetal y adulta, algunas células continúan teniendo cierta potencialidad de generar otras células, pero siempre de un único tipo de células. Son células madre unipotentes. La inmensa mayoría de nuestras células, sin embargo, se han especializado tanto (en neuronas, células constructoras de hueso, linfocitos, etc.) que han perdido su capacidad para dividirse en nuevas células. Son las famosas células diferenciadas.
Células embrionarias de ratón marcadas con la proteína verde fluorescente (GFP)
En nuestro particular viaje en el tiempo, pues, las células pasan por los diferentes estadíos totipotentes --> pluripotentes --> unipotentes --> diferenciadas, y no pueden dar marcha atrás. Es un camino en una sola dirección.
¿O quizás no?
Uno de los campos más fascinantes de la biología celular actual es precisamente el estudio de los mecanismos moleculares que rigen "la flecha del tiempo celular". Las células funcionan y se dividen gracias a las proteínas, los "trabajadores" celulares. Las instrucciones para fabricar proteínas se encuentran en el DNA, son los famosísimos genes. Pero no todas las proteínas se fabrican a la vez. Hay proteínas altamente especializadas que sólo se producen en neuronas; otras, en células sanguíneas. Otras proteínas se expresan en todos lados. Y otras más no son específicas de ciertos "lugares", sino que son específicas de ciertos "momentos".
Entre las muchísimas cosas que hacen las proteínas encontramos la función de controlar dónde, cuándo, cómo y en qué cantidad se construyen las proteínas. Menudo bucle. Como ya sabéis no todo el DNA "codifica" para proteínas. Hay enormes trozos de DNA que no son el patrón de ningun "obrero". Algunos de estos trozos son las llamadas regiones reguladoras, a las que se unen las proteínas llamadas Factores de transcripción. Las regiones reguladoras serían como los interruptores de los genes y los factores e transcripción los dedos que los activan. (esta analogía no es mía, la he copiado del libro Conviviendo con transgénicos, de David Bueno).
Proteína (azul) reconociendo la secuencia del DNA (rosado) a la que se une
En el camino hacia la diferenciación (en el viaje en el tiempo hacia el futuro) muchos de estos interruptores se van encendiendo y apagando en una secuencia preprogramada por el propio DNA del cigoto y por las proteínas contenidas en el óvulo de la madre. Los científicos que estudian este campo, mediante experimentos realmente impresionantes, mayoritariamente sobre huevos de Xenopus, han empezado a entender las primeras secuencias de este juego de "luces y sonidos" que encierran la construcción de un ser vivo. Pero, como en la escena final de Encuentros en la Tercera Fase, aún nos queda mucho para entenderlo todo. Os aseguro que la embriología es uno de los campos de estudio más fascinantes que os podáis imaginar.
Si logramos saber qué interruptores se han modificado en el camino hacia una célula en concreto quizás seamos capaces de coger otro tipo celular adulto (diferenciado) y hacerle "Back to the Unipotent" para transformarla luego en otro tipo celular. Es como si fueramos Marty y viajáramos al pasado para "hacer algo" que cambiara el cuerso de la historia de esa célula en particular. A este proceso se le ha llamado reprogramación (quién pudiera aplicarlo a la televisión pública). Esta reprogramació es de especial utilidad en aquellos pacientes de alteraciones que afectan a un determinado tipo celular. En la diabetes de tipo I las células afectadas son las células beta del páncreas, las productoras de insulina (teñidas de verde en la imagen).
Porción del páncreas endocrino (Islote de Langerhans). En azul, los núcleos; en verde, las células beta (productoras de insulina); en rojo, las alfa (productoras de glucagón). Recordad la belleza del marcaje celular
El páncreas es un órgano dual, con dos tipos principales de células: las exocrinas que vierten sus productos "fuera", hacia el tubo digestivo (exo significa fuera, como en éxodo); y las endocrinas que vierten sus productos "dentro", al torrente sanguíneo (endo significa dentro, como en -¡au!- endoscopia). Las células beta pertenecen a este segundo grupo.
En un reciente artículo de Nature, Qiao Zhou y otro miembros de su equipo en Harvard, han conseguido reprogramar células exocrinas de ratón generando células beta "de nueva generación" (evidentemente también de ratón), que parecen comportarse como tales llegando a controlar los niveles de glucosa mediante secreción de insulina. Y lo más impresionante es que lo han conseguido tocando "sólo" (fácil no es) tres dedos de los que accionan interruptores (aka factores de transcripción): Ngn3 (también llamado Neurog3), Pdx1 y Mafa. Los nuevos Delorean con sus condesadores de "fluzo" (mala traducción del original).
Para las células "exocrinas" el libro de H.G. Wells y las películas de Robert Zemeckis ha dejado de ser ciencia ficción.
Imágenes:
Delorean. Fabien1309, Wikimedia commons.
Mouse embryonic stem cells. National Science Fundation. Wikimedia commons.
Pancreatic islet. Masur, Wikimedia commons.
TATA binding protein. Giac83, Wikimedia commons.
5/10/08
Back to the future: Reprogramando células adultas a células beta
21/1/08
La reproducción de los dinosaurios
Los dinosaurios han fascinado desde siempre en los más pequeños de la casa, y también a algunos no tan pequeños. Además, este interés fue acentuado hace unos años por la película Parque Jurásico que, si bien se permitió grandes licencias creativas, tenía una banda sonora inolvidable y propagó la dinofília por todas partes (un triceratops de tela muy blandito es testigo de ello en mi habitación). Y es que, ¿quién se puede resistir al encanto de estas bestias prehistóricas?
Aun cuando no todos los dinosaurios fueron los colosos que representa el imaginario popular, es innegable que muchos de ellos, como los tiranosaurios o los diplodocus, fueron verdaderos gigantes. Lo que quizás no os habéis preguntado nunca es cuál era su tasa de crecimiento o, dicho de otra manera, cuánto tiempo tardaban a lograr su madurez sexual y poder hacer dinosaurillos. Saber cuándo una especie logra su madurez sexual es muy sencillo, ¡siempre y cuando no sea una especie extinguida!
En organismos fósiles, en cambio, resulta muy complicado encontrar indicadores fiables de madurez sexual. Hace poco, pero, se encontró uno de estos indicadores, el hueso medular, en un espécimen de tiranosaurio. El hueso medular es un tejido óseo que se forma en las cavidades medulares de las aves justo antes de la ovulación y que sirve como fuente de calcio por fabricar los huevos. Si no se produce ningún huevo, este tejido se destruye.
Aparte de en el tiranosaurio, también se ha encontrado hueso medular en un alosaurio y un tenontosaurio. Contando las líneas de crecimiento, un grupo de investigadores han encontrado que estos dinosaurios lograban su madurez sexual a los 18, 8 y 10 años respectivamente. Esto quiere decir que los dinosaurios tenían una tasa de crecimiento más rápida que los reptiles actuales, pero aún así, han estimado que su estrategia reproductiva es muy parecida la de estos animales. Además, saber esto también los ha llevado a inferir que los dinosaurios tenían una tasa de mortalidad adulta muy alta.
¡Y es que parece mentira cuántas cosas nos pueden llegar a contar los fósiles!
28/12/07
¿Por qué nos gustan las bromas?
28 de diciembre, según nuestra tradición católica-apostólica-romana, Día de los Inocentes,donde conmemoramos, gastándonos bromas, la matanza por parte de Herodes de todos los niños nacidos hacía poco. Como broma no estuvo nada mal.
Sea hoy, u otro día concreto (Fool's day), o sencillamente porque somos unos cabronazos, nos gusta hacer bromas a los otros. ¿Por qué? Una posible explicación la tenemos en nuestro retraso en el desarrollo.
Cuando pensamos en el efecto de las mutaciones en los organismos nos vienen a la mente (rayos ópticos y factores de curación aparte), cuellos que se alargan (jirafas), patas que se acortan (serpientes), plumas que aparecen, aletas que se modifican, etc... Cambios en tamaños y formas de partes del cuerpo. Pero las mutaciones también pueden afectar otras magnitudes, como cuánto tarda en desarrollarse el individuo. Hay mutaciones que controlan la escala temporal del desarrollo.
Una mutación puede hacer que un animal que tardaba 4 años en desarrollarse, tarde 1 (será más pequeño), o 16 (será más grande). Pero también puede hacer que el animal siga siendo una cría o larva toda su vida, desarrollando la capacidad reproductora durante esta fase "infantil" que ahora dura toda su existencia.
El axolote (el bicho del vídeo de arriba) es un ejemplo. Podemos ver como el adulto de este anfibio mantiene características del estado larvario de otros anfibios.
Nosotros mismos somos otro ejemplo. En algún momento de la evolución sufrimos mutaciones que hacían que nuestro estado "infantil" se fuera alargando hasta que nos convertimos en las crías de simio hiperdesarrollados que somos. Esto explica por qué las crias de chimpancé nos parecen más "humanas" y porque los humanos más viejos, más arrugados, se parecen más a los chimpancés adultos. Es broma.
También explica porqué continuamos siendo tan curiosos, cabezones, caprichosos, descarados, graciosos, coñones y porque tantos poetas se han perdido buscando el adulto que nunca llegaremos a ser. Y esto no es broma.
Otras entradas relacionadas: De perros y hombres
17/11/07
Con vistas al futuro
Puedes pedir un bote de banderillas en medio de la noche, ponerte camisetas ajustadas y lucir barriga, te dejan sentarte en el transporte público, dejas de ser culpable de todos tus cambios de humor para que pasen a serlo tus hormonas… En fin, que todos te dispensan cuidados y muestras de cariño. Decididamente, las embarazadas son uno de los colectivos que más atenciones recibe. Hasta ahora yo pensaba que era porque despiertan ternura y cierta empatía en los demás congéneres. Pero empiezo a pensar que quizás no todo son gestos altruistas. Quizás algunos de los amables caballeros que te ceden el asiento en el autobús, no lo hace porque piense que aguantar el equilibrio con una mochila de 8 kilos atada a la cintura y unos tobillos que han doblado su perímetro a base de retener líquidos es más dificil de lo que parece, sinó que lo hace porque ha leido el artículo publicado esta semana en PloS.
Por el momento, se conoce bastante poco sobre los efectos en el feto del ambiente en el que se mueve la madre durante el embarazo. Sí conocemos, sin embargo, los gravísimos efectos deletéreos (es decir, mortales) que el estrés materno provoca en el desarrollo del feto, como malformaciones estructurales, aumento de la frecuencia de abortos, peso reducido al nacer y toda una serie de anormalidades en la conducta. Pero, ¿este efecto puede darse también al revés? ¿Una mayor actividad tanto social como sensorial y motora de la madre puede favorecer el desarrollo embrionario de su hijo?
Esta es la pregunta que se han hecho unos investigadores italianos, lo que les ha llevado a estudiar los efectos del ambiente materno sobre el desarrollo neuronal del feto, en concreto en el desarrollo temprano del sistema visual. En sus experimentos, realizados en ratas, mantenían hembras bien en jaulas estándares o bien en unas jaulas más grandes, de tres plantas conectadas por escaleras en las que había más de un recipiente con comida así como varias ruedas giratorias con las que jugar y objetos diversos distribuidos por la jaula. Claramente, los embriones de las hembras estabuladas en las jaulas “de lujo” mostraban un mayor desarrollo del sistema visual, detectable tanto a nivel funcional como molecular, debido a la anticipación de procesos críticos para la maduración neuronal, como la migración de progenitores neuronales y la muerte celular programada.
Así que, al parecer, el comportamiento de las futuras madres influye más de lo que pensamos sobre el crecimiento y desarrollo de sus hijos. De manera que, tan importante como evitar el estrés durante el embarazo, es el mantenerse en un ambiente estimulante para asegurar un correcto desarrollo nervioso del feto.
Y yo me pregunto: ¿qué sucedería si realizáramos el experimento en humanos? Yo sinceramente creo, que si mantuviéramos a las futuras madres en apartamentos triplexs dotados de todos los detalles para crear un ambiente estimulante para ellas, por supuesto sin ningún elemento generador de estrés, podríamos alumbrar una generación de pequeños geniecitos. Tan solo habría que hacer la prueba. Yo creo que el futuro de nuestra especie bien lo merece, ¿no estais de acuerdo?
30/9/07
De perros y hombres
Entre otros motivos (explicados en la entrevista y en el artículo de Science). A diferencia de otros modelos animales, los perros desarrollan cáncer de forma espontánea. Para que los ratones o ratas, por ejemplo, desarrollen cáncer, éste debe de ser inducido por el experimentador.
Y ahora viene la pregunta que me hago… ¿qué tenemos en común perros y hombres que nos diferencie de los roedores? La neotenia. ¿Neo-qué? Una especie ha experimentado neotenia cuando su desarrollo se hace más lento, es más tiempo un niño, y acaba por poseer rasgos y comportamientos juveniles en las formas adultas. Los perros son neoténicos respecto los lobos: la mayoría de los perros adultos parecen cachorros grandes. Los humanos somos neoténicos del antepasado que compartimos con el chimpancé: de alguna manera extraña siempre nos ha parecido más humano un chimpancé “niño” que un chimpancé adulto. ¿Puede tener algo que ver la neotenia con el desarrollo del cáncer? Puede que sí o puede que no. En cualquiera de los dos casos, puede ser interesante tratarlo de explicar.
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