Desarrollan técnica computacional que permite predecir cambios celulares

En biología, un ciclo de vida es un conjunto de transformaciones que se suceden entre el inicio y el final de la existencia de un organismo. El estudio de esos cambios es imprescindible para comprender el funcionamiento de los seres vivos, y en este sentido investigadores del CONICET en el Centro Regional de Estudios Genómicos (CREG, UNLP) han dado un importante paso gracias al desarrollo de una técnica computacional que permite inferir cómo interactúan los genes que impulsan las transiciones entre una etapa y la siguiente. La novedad acaba de publicarse en la revista PLOS ONE.

La técnica se inscribe dentro del campo denominado ingeniería reversa y “busca reconstruir la red de interacciones de genes que da lugar a diversos procesos biológicos como la diferenciación celular, en que las células adquieren las características y funciones definitivas que tendrán a lo largo de la vida”, explica Luis Diambra, investigador independiente del CONICET en el CREG y uno de los autores del trabajo.

Para probarla, los científicos la aplicaron a un caso concreto: Trypanosoma cruzi, el parásito que provoca la enfermedad de Chagas. Los resultados obtenidos permiten avanzar hacia interrogantes en sistemas más complejos.

Lo que ya se sabía es que T. cruzi atraviesa cuatro estadios; dos de ellos mientras está dentro del insecto vector -la vinchuca-, y los otros una vez que circula en el mamífero huésped. Los investigadores se formularon entonces una pregunta: ¿cómo hace el parásito para llevar a cabo su ciclo de vida alternando entre esas etapas? Su hipótesis es que el origen de dichas transiciones no es endógeno -es decir, surgidas en el interior del organismo-, sino que son promovidas por factores del entorno, por ejemplo la disponibilidad de alimento según dónde se encuentre alojado.

Sobre esto, los especialistas explican que cuando una vinchuca pica a un mamífero que porta T. cruzi para alimentarse de su sangre, lo incorpora. Una vez que ingresa al intestino, éste tiene una primera fase de división celular y luego pasa a la segunda. El siguiente paso ocurre cuando el mismo insecto vuelve a picar, esta vez, a una persona o animal sano, que al rascarse permite el ingreso del parásito, que atravesará las otras dos etapas: una en el torrente sanguíneo, que le posibilita diseminarse hacia células de distintos tejidos como el corazón; y otra ya en el interior de la célula infectada, donde se multiplica.

“La biología de T. cruzi se conoce hace tiempo”, aclara Alejandra Carrea, becaria posdoctoral del CONICET en el CREG y primera autora de la investigación. “Lo que hicimos para responder nuestro interrogante fue tomar ese conocimiento e incorporarle otros: el nivel de actividad de miles de genes, más referencias de factores del entorno celular, junto con datos que evidencian que cada uno de los estadios es estable, es decir que el parásito se va a mantener en ellos mientras permanezca bajo las mismas condiciones”, agrega.

Esta combinación de distintas informaciones es lo que ha dado lugar a la novedosa técnica de inferencia, resolviendo a su vez uno de los grandes problemas del campo disciplinar: la enorme cantidad de parámetros a determinar con información insuficiente. “Los procedimientos previos, que sólo se referencian en base a los niveles de actividad génica, permiten predecir apenas el 10 por ciento de la interacción entre genes. Nosotros hemos visto que agregando otros conocimientos podemos lograr mejores aproximaciones”, resalta Diambra.

Desentrañar las redes involucradas en las transiciones aporta información que puede ser utilizada por grupos que trabajen específicamente en experimentación con T. cruzi. “Por ejemplo, alguno de los genes que nosotros reconocimos que son vulnerables a las señales externas podría llegar a convertirse en un nuevo blanco terapéutico contra la enfermedad”, se entusiasman los científicos.

El siguiente paso de los investigadores será aplicar la técnica a la hematopoyesis humana, el proceso de formación de los elementos de la sangre y el sistema inmune a partir de una sola célula madre llamada multipotente, por su capacidad de generar todas las otras células derivadas. “Queremos comprender cuáles son las señales del microambiente que inciden, y a partir de nuestra técnica inferir los caminos y redes por los cuales estas unidades se diferencian en un tipo u otro”, señala Carrea, al tiempo que enfatiza: “Se trata de un aporte a una problemática muy importante en la actualidad: la reprogramación celular”.

Cabe mencionar que la temática le valió el Premio Nobel en Medicina en 2012 al japonés Shinya Ymanaka, por la posibilidad de transformar cualquier célula especializada adulta, por ejemplo las de la piel, para que vuelva a tener la capacidad de una célula madre, y por lo tanto diferenciarse en otra. Todos los avances en esta línea podrían tener importantes aplicaciones en salud, en la generación de órganos o tejidos para trasplantes, entre las más prometedoras. “En la hematopoyesis hay al menos doce tipos celulares diferenciados. Conocer qué pasa en esas transiciones va a sumar conocimiento en cuanto a cómo alterar una célula para que se convierta en un tipo específico y no en otro”, dicen los expertos del CREG.