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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.

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Encuentro con medusa. Evolución contra el cáncer.

Encuentro con medusa - Quilo de Ciencia Podcast - CienciaEs.com
Encuentro con medusa de los genes perdidos

En mi humilde opinión, los parásitos son tal vez los organismos más fascinantes del planeta. El ciclo de vida de muchos de ellos adquiere una complejidad que incita a preguntarse cómo es posible que semejantes estilos de vida hayan podido surgir durante la evolución como respuesta a presiones selectivas.

Tomemos, por ejemplo, el grupo de parásitos llamado mixozoos. Este grupo de animales cuenta con más de 2.180 especies descritas hasta el momento, todas las cuales son parásitos obligados. Los mixozoos son muy pequeños, y solo pueden observarse al microscopio. Por esta razón, cuando se descubrieron, allá por el siglo XIX, los biólogos los clasificaron como protistas, un grupo muy heterogéneo de organismos, en principio de una sola célula, que incluye todo aquello que no es hongo, animal o planta. Entre los protistas se encuentran también parásitos tan dañinos como los tripanosomas.

El estudio del ciclo de vida y la anatomía de algunas especies de mixozoos ha revelado hechos singulares. El mixozoo Myxobolus cerebralis, que infecta a la trucha arcoíris, necesita también de otro animal hospedador, un gusano anélido. Tras vivir en el interior de la trucha, M. cerebralis genera unas esporas (llamadas mixosporas) que son expulsadas por el pez e ingeridas luego por el incauto gusano. El parásito vive ahora en el interior de este desde donde genera otras esporas (llamadas actinosporas) completamente diferentes en su anatomía a las anteriores, y que son capaces de infectar de nuevo al pez, completándose así el ciclo de vida.

En su forma anatómica más importante, los mixozoos son una cápsula de unas pocas células que puede expulsar un pequeño filamento, el cual facilita su adhesión al pez hospedador. Esta estructura es muy similar a la encontrada en los animales clasificados en el grupo de los cnidarios, a los que pertenecen las anémonas y las temidas medusas.

La coincidencia de la anatomía de los mixozoos con la de estructuras urticantes –llamadas nematocistos– de las medusas no hubiera dejado de ser eso, una coincidencia evolutiva, de no existir otros parásitos obligados que se parecen más a los cnidarios que los mixozoos. Uno de ellos es Polypodium hydriforme. Este parásito posee tentáculos, boca e intestino en una fase de su ciclo vital. En otra, vive como un par de células dentro de los huevos de un pez, desde donde sale convertido en un gusanillo alargado y tentaculado. Este gusano vive y come en el exterior, donde se fragmenta en pequeños trozos que pueden invadir a otros peces hembra para su reproducción dentro de sus ovocitos.

Regresión a los orígenes

La existencia de estos animales indica que en el pasado se originó una rama evolutiva que condujo a la transformación de las medusas en parásitos. En este contexto, la estructura anatómica de los mixozoos, similar a la de los nematocistos de las medusas, ha sugerido a algunos investigadores que estos podrían también provenir de los mismos ancestros cnidarios que P. hydriforme, aunque los mixozoos solo guarden como recuerdo de su pasado evolutivo esta estructura urticante, que se usa ahora no para cazar e inmovilizar presas, sino con el propósito de adherirse e infectar a un hospedador necesario para una fase de su ciclo de vida.

De ser cierta esta hipótesis, nos encontraríamos con uno de los hechos evolutivos más sorprendentes de la Naturaleza, ya que la evolución hacia el parasitismo habría logrado convertir a unos animales multicelulares y macroscópicos, similares a las medusas, en animales microscópicos, prácticamente sin estructuras corporales definidas.

El debate evolutivo estaba servido. Varios investigadores se pusieron a la tarea de analizar posiblemente lo único que podría dirimir si esta hipótesis era verdadera o falsa: el ADN de cnidarios y mixozoos, en busca de similitudes y diferencias.

El problema con el que se encontraron es que los mixozoos poseen un ADN que muta a gran velocidad con el tiempo, lo que dificulta comprender la relación genética entre unas y otras especies. Esta diversidad genética ha hecho muy difícil dirimir el origen evolutivo de los mixozoos.

Afortunadamente, contamos hoy con nuevas tecnologías de secuenciación y análisis del ADN muy potentes. El empleo de estas tecnologías por un grupo internacional de investigadores ha permitido la secuenciación y comparación de los genomas de dos especies distantes de mixozoos y de P. hydriforme. Los resultados son esta vez concluyentes. En efecto, los mixozoos serían una clase de cnidarios que en lugar de hacerse más grandes y más complejos a lo largo de la evolución, como suele suceder con la gran mayoría de las especies, al adaptarse a un modo de vida parasitario se han ido haciendo más simples y más pequeños, hasta convertirse en microscópicos. Esta evolución ha ido acompañada por la pérdida de una gran cantidad de genes que se han revelado innecesarios para la supervivencia de estos nuevos parásitos derivados de las medusas. Estos genes perdidos son los que contenían la información de una estructura corporal diferenciada propia de las medusas: tentáculos, boca, intestino, etc.

Nos encontramos por tanto ahora con el hecho demostrado de que la evolución no siempre avanza hacia lo más complejo o lo más grande, sino que sigue cuales vericuetos son necesarios para la supervivencia, los cuales pueden embarcar a ciertos organismos en un fascinante viaje genético de regreso a sus primitivos orígenes, anteriores incluso a sus ancestros cercanos, de los que derivan. Nada garantiza, pues, a la vida que la evolución la “mejore”. La única mejora posible es la que permite sobrevivir y transmitir los genes, los mínimos necesarios para la supervivencia, a las siguientes generaciones.

Referencia: Genomic insights into the evolutionary origin of Myxozoa within Cnidaria. E. Sally Changa et al. PNAS Dec 1 2015, vol. 112(48) pp. 14912-14917. http://www.pnas.org/content/112/48/14912.full.pdf

Evolución contra el cáncer

Debo admitir que cuando alguna noticia habla de que se ha producido un nuevo avance contra el cáncer, inmediatamente pienso en que se ha descubierto un nuevo fármaco antitumoral, o tal vez un nuevo gen o proteína que si logramos bloquear erradicará el tumor. Sin embargo, como voy a intentar explicar hoy, en ocasiones, solo comprender en mayor profundidad las herramientas antitumorales de las que disponemos y aprender cómo afectan al desarrollo tumoral para utilizarlas mejor puede conducir a importantes mejoras.

Las estrategias convencionales de tratamiento antitumoral se basan en la idea de que el máximo beneficio se consigue con la máxima dosis posible de quimioterapia para matar a la mayor cantidad de células tumorales. Parece una estrategia basada en el sentido común, ese que tanto se invoca ahora para que aceptemos recortes en todo, también en educación e investigación. Curiosamente, la ciencia ha demostrado muchas veces que un gran enemigo de los avances científicos (y creo que también sociales) es el sentido común. Que se lo digan si no a los físicos cuánticos.

Sin embargo, el empleo de una estrategia muy agresiva para atacar a los tumores causa a veces serios problemas. Como en toda situación en la que tenemos una población de seres vivos, en este caso las células tumorales, se produce una evolución por mutación y selección. Al eliminar a las células tumorales más sensibles al fármaco antitumoral, permitimos que las células mutantes resistentes dispongan de más recursos y sufran menor competición de sus células vecinas. Este fenómeno ha recibido hasta un nombre: liberación de la competición. Esta liberación permite a las células supervivientes crecer y reproducir el tumor, que esta vez tendrá menor probabilidad de ser tratado con el mismo fármaco antitumoral, ya que estará compuesto por células resistentes al mismo.

Por otra parte, el empleo de dosis muy altas de quimioterapia afecta también al funcionamiento de todo el organismo y requiere, por ello, de periodos de descanso en los que el paciente no recibe tratamiento. Este necesario periodo para permitir la recuperación física del paciente, permite igualmente la recuperación del tumor.

Esta problemática situación ha sido abordada mediante un cambio en la estrategia de administración de quimioterapia. Se ha empleado así la llamada quimioterapia metronómica, que es la administración continuada de bajas dosis de varios agentes quimioterapéuticos. Esta estrategia parece disminuir la toxicidad general del tratamiento, aunque su finalidad es, sin embargo, la misma que la de la estrategia anterior: matar al mayor número posible de células tumorales. Esta estrategia no impide el problema de la liberación de la competición y, finalmente, muchos tumores se convierten en más agresivos y resistentes y ya no pueden ser erradicados.

Terapia adaptativa

Por esta razón, recientemente se han cuestionado estas maneras de proceder contra los tumores, y se ha comenzado a considerar la terapia antitumoral como un proceso evolutivo con su propia ecología. Este nuevo modelo conceptual sobre el crecimiento tumoral se basa en tres ideas para las que existe evidencia. La primera es que células resistentes a los agentes quimioterapéuticos se encuentran ya presentes en los tumores incluso antes de iniciar el tratamiento. La segunda idea es que los mecanismos de resistencia muchas veces no dependen de la generación de nuevas mutaciones sino simplemente de un aumento de la intensidad de funcionamiento de mecanismos naturales presentes en las células y que les protegen de sustancias tóxicas que pueda haber en el entorno. Por último, la tercera idea es que las poblaciones de células en un tumor compiten entre sí por nutrientes y espacio.

Si lo anterior es cierto, una posible forma de luchar contra el cáncer sería administrar bajas dosis de fármacos antitumorales que no intenten matar al tumor, sino simplemente estabilizarlo e impedir que crezca, aumentando la competición entre las células tumorales de manera que unas impidan el crecimiento de las otras y no se lleguen a generar células resistentes. Al fin y al cabo, los mecanismos de resistencia requieren más recursos y más nutrientes, ya que cuestan energía metabólica, y no se ponen en marcha o se seleccionan si los beneficios no superan a los costes. En presencia de dosis bajas de agentes quimioterapéuticos, las células resistentes no serán mucho más competitivas que las no resistentes, y no aparecerán con facilidad.

Un grupo de investigadores ha estudiado si el empleo de este tipo de estrategia antitumoral podría mejorar la supervivencia de ratones de laboratorio con cáncer de mama. Para ello, implantan tumores humanos de mama a los animales y les administran el agente paclitaxel. La evolución de los tumores es seguida mediante resonancia magnética y los científicos intentan adaptar las dosis de fármaco y su administración de manera que su crecimiento sea minimizado.

Utilizando diferentes esquemas, los investigadores encuentran que el mejor control del crecimiento se consigue con una dosis inicial elevada. Sin embargo, una vez conseguido esto, la administración de dosis progresivamente descendientes, que incluso podían ser separadas por periodos de descanso, resultó en la máxima eficacia antitumoral. Entre el 60 y el 80% de los animales vieron sus tumores decrecer en tamaño con esta estrategia sin sufrir recidivas.

Los investigadores bautizan esta nueva estrategia con el nombre de terapia adaptativa. Esta tal vez no permita curar en todos los casos al tumor, pero puede permitir que vivamos con él controlado por más tiempo y con mucha mejor calidad de vida. Harán falta ahora estudios en pacientes para validar si esta nueva manera de enfrentarse a los tumores es también más eficaz con nosotros, los humanos.

Referencia: Pedro M. Enriquez-Navas et al. (2016) Exploiting evolutionary principles to prolong tumor control in preclinical models of breast cáncer. Science Translational Medicine http://stm.sciencemag.org/content/8/327/327ra24

Obras de divulgación de Jorge Laborda

Quilo de Ciencia Volumen I. Jorge Laborda
Quilo de Ciencia Volumen II. Jorge Laborda
Quilo de Ciencia Volumen III. Jorge Laborda
Quilo de Ciencia Volumen IV. Jorge Laborda
Quilo de Ciencia Volumen V. Jorge Laborda
Quilo de Ciencia Volumen VI. Jorge Laborda
Quilo de Ciencia Volumen VII. Jorge Laborda

Circunstancias encadenadas. Ed. Lulu

Circunstancias encadenadas. Amazon

Una Luna, una civilización. Por qué la Luna nos dice que estamos solos en el Universo

One Moon one civilization why the Moon tells us we are alone in the universe

Adenio Fidelio

El embudo de la inteligencia y otros ensayos

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