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Quilo de Ciencia

El quilo, con “q” es el líquido formado en el duodeno (intestino delgado) por bilis, jugo pancreático y lípidos emulsionados resultado de la digestión de los alimentos ingeridos. En el podcast Quilo de Ciencia, realizado por el profesor Jorge Laborda, intentamos “digerir” para el oyente los kilos de ciencia que se generan cada semana y que se publican en las revistas especializadas de mayor impacto científico. Los temas son, por consiguiente variados, pero esperamos que siempre resulten interesantes, amenos, y, en todo caso, nunca indigestos.

Ministerio de Ciencia e Innovación

Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología

Universidad de Castilla - La Mancha

Lucha antibacteriana y viejas mitocondrias

Bacterias y mitocondrias - Quilo de Ciencia podcast - CienciaEs.com

Cuando pensamos en la lucha que el sistema inmune presenta frente a las enfermedades infecciosas, solemos pensar en las moléculas de anticuerpos en la sangre, que se unen a microorganismos, como los virus, y les impiden infectar a las células, o en células fagocíticas, que detectan e ingieren a las bacterias, digiriéndolas en su interior. Sin embargo, antes de que existieran los organismos multicelulares y se desarrollaran células especiales con la misión de defender a todo el cuerpo, los organismos unicelulares también debían defenderse de otros que los infectaban pretendían vivir dentro de ellos. Evidentemente, los mecanismos de defensa, en este caso, no pueden ser de naturaleza celular, sino de naturaleza exclusivamente molecular.

Así, es muy posible que las células de nuestro cuerpo contengan genes que participan en la defensa contra la infección. Estos genes y los mecanismos en los que intervienen debieron aparecer muy pronto durante la evolución, ya que el parasitismo es consustancial a la vida.

Sea como fuere, es claro que las células fagocíticas del sistema inmune de los vertebrados poseen mecanismos moleculares internos que las defienden de la invasión de los microorganismos. No es para menos, porque las células fagocíticas fagocitan, es decir, ingieren a los microorganismos para destruirlos y, por tanto, no solo no pretenden impedir que los microorganismos las invadan, sino que activamente los detectan y los introducen en su interior, con el consiguiente peligro para ellas, si algo marcha mal.

EVASIÓN DE LA DIGESTIÓN

Y algo puede marchar mal. Muchos de los microorganismos ingeridos por los fagocitos han desarrollado mecanismos que les permiten evadir la digestión, lo que les capacita, a su vez, para establecerse y vivir cómodamente en el interior de las células que los ingirieron. Claro que esas células también han desarrollado mecanismos cada vez más eficaces para dirigirlos a los orgánulos celulares encargados de la digestión, los llamados lisosomas, unas vesículas llenas de enzimas digestivos que hacen el papel del estómago celular. El conocimiento en profundidad de estos procesos puede ser importante para ayudar a vencer a las infecciones, tal vez con fármacos que los potencien.

Un importante avance en la comprensión de este fenómeno ha sido realizado por un grupo de investigadores de la Universidad de California en los EE.UU. Los investigadores ya conocían la existencia de un fascinante proceso molecular que identifica a las mitocondrias dañadas y viejas y las dirige a los lisosomas para ser digeridas. Recordemos que las mitocondrias son los orgánulos celulares encargados de la generación de energía a partir de los alimentos. Como resultado de su propia actividad, la mitocondria está expuesta a un considerable estrés químico oxidativo que puede dañarla y envejecerla. Si esto sucede, la mitocondria deja de funcionar adecuadamente y, antes de ser sustituida por otra, debe ser eliminada. Para ello, la mitocondria es marcada como defectuosa por medio de una reacción enzimática que la recubre de una proteína especial llamada ubiquitina. Las mitocondrias recubiertas de esta proteína son dirigidas hacia los lisosomas para su digestión.

Recordemos que la ubiquitina es también la proteína que marca a las proteínas defectuosas en el citoplasma celular para su degradación. Recordemos, igualmente, –y esto es, para mí, una parte asombrosa de esta historia–, que las mitocondrias, hace miles de millones de años, eran microorganismos independientes, que, aunque “aprendieron” a convivir en el interior de otro, con el que ahora colaboran y al que suministran energía –la célula eucariota–, inicialmente eran organismos extraños para este y pudieron ser tal vez identificadas como parásitos, marcadas como tales, y dirigidas a los lisosomas para su degradación, antes de que la colaboración se estableciera.

MARCADAS PARA MORIR

De ser esto cierto, resultaría que el mecanismo de detección, marcado y digestión de las mitocondrias defectuosas sería, en realidad, un antiguo mecanismo de defensa frente a la invasión por microorganismos, que ahora se utilizaría para identificar mitocondrias defectuosas, a las que de nuevo vuelve a tratarse como a parásitos extraños que es necesario eliminar. Pero, los investigadores se dijeron que, de ser esto igualmente cierto, es probable que este mecanismo siga siendo utilizado hoy para luchar contra los microorganismos extraños que pretenden escapar a la digestión inicial tras la ingestión por células fagocíticas de nuestro sistema inmune.

Para averiguarlo, los investigadores estudian la capacidad de los macrófagos, una de las células fagocíticas más importantes del sistema inmunitario, para eliminar las micobacterias que han fagocitado. Las micobacterias son microorganismos causantes de varias enfermedades importantes, entre las que se encuentran nada menos que la tuberculosis y la lepra.

Y bien, los científicos encuentran que mutaciones que afectan negativamente a los niveles de funcionamiento del gen llamado PARK2, un gen implicado en la unión de ubiquitina a las mitocondrias, incrementan de manera muy importante la susceptibilidad de ratones de laboratorio a la infección por micobacterias de la tuberculosis, lo que no sucede en los ratones con un gen PARK2 sano. La razón: este gen participa también en el recubrimiento de las micobacterias con ubiquitina y en su transporte al lisosoma para su muerte y digestión. Estos hallazgos han sido publicados en la revista Nature.

De nuevo, la investigación científica nos revela interesantes hechos sobre el mundo de las moléculas de la vida y sus mecanismos. Hechos que nos hablan de cómo la vida utiliza, en ocasiones, los mismos procesos moleculares con fines distintos, lo que puede permitirnos desarrollar estrategias más inteligentes que ayuden a tratar enfermedades causadas por fallos en los mismos.

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