Burins, tortugues gegants i hidra immortal

2009/04/01 Artaetxebarria Artieda, Xabier - Telekomunikazio-ingeniaria Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Biologia
• Sariak

Envelliment, escrit en gens?

Sens dubte, els gens tenen molt a veure en el procés d'envelliment de les espècies. Hi ha molts motius per a afirmar-ho, però el més clar és que les diferències entre les expectatives de vida són mínimes entre individus d'una mateixa espècie respecte a les diferències entre espècies. Per exemple, els insectes de l'ordre dels efemerópteros normalment viuen unes poques hores, mentre que les tortugues gegants poden arribar a viure dos-cents anys. Malgrat els dos-cents anys d'edat, mereix especial esment l'organisme pluricel·lular anomenat hidra. Les hidres són animals de pocs mil·límetres que habiten en llacs i regates nets dels tròpics i que, a més de ser capaços de regenerar gairebé qualsevol part del seu cos, no envelleixen. Són immortals. D'altra banda , en la xixara Caenorhabditis elegans, molt utilitzada en la recerca de la genètica del desenvolupament, s'han trobat diversos gens que incideixen directament en l'esperança de vida. Canviant un únic gen, els investigadors han aconseguit duplicar l'esperança de vida d'aquests animals.

Encara que només a les dades anteriors sembla existir un "programa" d'envelliment en els gens, hi ha altres factors a tenir en compte. De fet, si l'envelliment només dependria dels gens, els bessons monocigóticos, que tenen el mateix material genètic, haurien de tenir el mateix procés d'envelliment. Això no és així, ja que en el desenvolupament del fetus, en la infància i al llarg de tota la vida influeixen múltiples factors com l'alimentació i les condicions ambientals. A més, encara que en el xixare C. elegans s'han aconseguit mutacions que poden allargar la vida, no s'ha aconseguit frenar totalment el procés d'envelliment mitjançant mutacions genètiques.

Aplicant l'assignatura de Darwin

Quan Charles Darwin va publicar en 1859 On the Origin of Species by Means of Natural Selection, va sacsejar les bases de la biologia de llavors per a establir noves bases. En l'actualitat, la idea que la selecció natural és l'essència de l'evolució de les espècies està àmpliament estesa, però es pot explicar el procés d'envelliment a la llum de la selecció natural? Hem vist que és impossible explicar que només des del punt de vista dels gens, no es pot dir que hi hagi un programa d'envelliment, però si que hi ha gens relacionats amb l'envelliment. Llavors podem intentar aplicar l'assignatura de Darwin per a explicar aquest procés. Però si la naturalesa tria mutacions beneficioses per a la vida, com és possible que hi hagi gens que porten a l'envelliment i que la selecció natural no els exclogui?

Hi ha dues grans teories per a explicar-ho. La primera és la teoria de la congestió, presentada per Medawar en 1952. Segons aquesta teoria, les mutacions que provoquen les conseqüències més negatives de l'envelliment escapen a la selecció natural, ja que només afecten la part final de la vida. Donat l'escàs nombre d'individus que han arribat a aquest punt en la història de les espècies, aquestes mutacions han quedat fora de la pressió evolutiva, però alhora s'han anat acumulant generació rere generació en el genoma de les espècies.

La segona teoria es diu pleiotropía antagonística i atribueix la responsabilitat de l'envelliment a uns gens especials. Segons aquesta teoria, alguns gens, anomenats pleiotrópicos, tenen un doble efecte. D'una banda, són beneficiosos en la joventut i, per això, són triats per la selecció natural. No obstant això, en la vellesa influeixen negativament en la supervivència dels individus. Com la selecció natural té cada vegada menys força a mesura que avança la vida, hi ha menys individus i la reproducció és menor, l'efecte positiu de la joventut té més força que els efectes negatius de la vellesa. Aquesta teoria va ser presentada per George Williams en 1957 i des de llavors s'han proposat diversos gens per a demostrar la pleiotropía antagonística.

No obstant això, igual que en el cas de la congestió de mutacions, no hi ha proves concloents, i encara que totes dues teories poden explicar l'aparició i persistència de certs gens especials, no poden explicar tot el procés d'envelliment.

Un problema d'optimització

Si l'envelliment no està programat en els gens i no podem explicar-lo totalment a través de l'evolució, per què ocorre? Es tracta de la teoria del some d'usar i tirar teories que harmonitzen d'alguna manera les explicacions vistes fins ara. La base d'aquesta teoria és la separació entre el some i el germen. En un organisme, el germen és el conjunt de cèl·lules reproductores i no diferenciades precursores d'aquestes, i la resta de cèl·lules formen el soma. D'alguna manera, el germen seria immortal, perquè roman de generació en generació, mentre que el soma seria d'un sol ús, diferent en cada generació.

Els organismes han d'utilitzar els recursos disponibles per a la seva supervivència i reproducció. De fet, el desenvolupament, manteniment i reparació dels somes requereixen una gran quantitat d'energia. Però la reproducció també requereix una gran quantitat d'energia, i l'energia destinada a la reproducció no pot dirigir-se a la vigilància del some. Llavors, fins a quin punt val la pena assignar energia per a mantenir el soma en bon estat, al marge d'altres processos com la reproducció?

Segons la teoria del some d'un sol ús, els organismes han d'estar en bon estat fisiològic mentre tenen la possibilitat de sobreviure en la naturalesa i amb aquesta fi realitzen l'assignació de recursos. Es pot observar com un problema d'optimització: amb una quantitat limitada d'energia és necessari complir una sèrie de requisits (créixer, mantenir el soma, reproduir-se, etc.).

Pel que fa al manteniment del soma, no té sentit abusar d'ella l'energia, sent limitada la seva supervivència en la vida salvatge. Un clar exemple d'això són els ratolins salvatges. El 90% d'ells mor abans dels 10 mesos del seu naixement, normalment en fred. D'aquesta forma, els ratolins utilitzaran una gran quantitat d'energia per a la termogénesis (generació de calor) i la reproducció, si bé això permet una menor quantitat d'energia per al manteniment del soma. I és precisament aquesta energia limitada la que provoca l'envelliment, ja que els danys que es produeixen en el soman no es reparen adequadament.

Els salmons del Pacífic són un exemple extrem del some d'usar i tirar. Des del seu naixement en els rius del Pacífic Nord creixen i obtenen els recursos necessaris per a la seva reproducció. Quan estan en l'oceà, un senyal els diu que és hora de reproduir-se i tots els recursos es destinen a això. Quan es produeix la posada prop dels nacederos dels rius, aquests moren sense excepció. Soma d'un sol ús, germen immortal.

Més a prop: cèl·lules i biologia molecular en l'envelliment

Fins ara, per a entendre l'envelliment, hem observat la selecció natural i l'organisme com a sistemes complets. Però molts investigadors han pres com a punt de partida un altre punt de vista: les cèl·lules aïllades i els seus mecanismes moleculars interns. En aquest camp es considera que els telómeros que formen les vores dels cromosomes (del grec, telo : "últim", nero : "part") tenen gran importància. Cada telómero està format per seqüències repetitives d'ADN, la funció principal del qual és protegir els cromosomes. Cada vegada que una cèl·lula es divideix per mitosi, els telómeros s'escurcen. Quan arriben a una longitud crítica, les cèl·lules entren en estat de senescència, és a dir, no moren del tot (apoptosi), però deixen de fragmentar-se. Aquesta situació es produeix després d'aproximadament 50 divisions. Llavors, què passaria si en cada divisió els telómeros mantinguessin la seva longitud? És el que ocorre en la majoria de les cèl·lules canceroses gràcies a l'enzim anomenat telomerasa. A través de la generació de molta més telomerasa que les cèl·lules convencionals, les cèl·lules cancerígenes són capaces d'evitar la reducció dels telómeros i de fer-los immortals.

Si la telomerasia pot evitar la reducció dels telómeros, no seria aquesta una via per a allargar la vida? Per a demostrar-ho s'han utilitzat ratolins transgènics, l'activitat dels quals era alta. Els resultats mostren, no obstant això, un lleuger augment de la supervivència, però també un augment del risc de càncer. No és d'estranyar, ja que, com hem explicat, la telomerasa és un dels mecanismes que utilitzen les cèl·lules cancerígenes per a fer-les immortals.

Se sap que a l'envelliment els teixits perden la seva capacitat de regeneració, i és clar que en aquesta pèrdua de funcions, a més dels telómeros, les cèl·lules mare també tenen molt a dir. En els mamífers, les cèl·lules mare adultes es troben en diferents òrgans (cervell, cor, pell, fetge, etc.) i es poden distingir en diferents tipus de cèl·lules. D'aquesta manera, són capaços d'assegurar el manteniment de l'organisme i respondre als danys. Amb l'envelliment aquestes capacitats disminueixen, però encara no sabem exactament per què. Les hipòtesis principals són l'envelliment natural de les cèl·lules mare (per mitjà de la reducció dels telómeros) o la dificultat de la seva funció com a conseqüència del teixit envellit. El millor coneixement d'aquests mecanismes pot fer possible l'ús d'aquestes cèl·lules per a curar malalties derivades de l'envelliment.

Programada per a sobreviure

Tots els organismes (o gairebé tots!) l'envelliment i la mort poden fer pensar en un programa genètic. No obstant això, des d'una perspectiva àmplia dels mecanismes de l'envelliment es pot afirmar que no és així. La conseqüència és molt diferent: l'envelliment és el resultat de viure. En un altre ordre de coses, es pot dir que la vida es manté al marge de l'equilibri termodinàmic. El manteniment del soma requereix un esforç constant i el germen és més important en la selecció natural. Per tant, la segona llei de la termodinàmica, que impulsa l'augment de l'entropia del sistema, porta a l'organisme a l'envelliment dels programes de supervivència.

Ha apostat per una estratègia d'ús i deixalla de les seleccions naturals en totes les espècies. És una aposta de gran sentit, perquè per a què gastar massa energia a mantenir el soma si qualsevol accident, qualsevol depredador, en qualsevol moment pot acabar amb aquest individu? Millor repartir la inversió: part de l'energia per a mantenir el soma en estat de bala durant un temps i una altra part per a mantenir el germen per sempre. I llavors quina és la diferència entre les gijeras, les tortugues gegants i la resta d'espècies? És només una diferència proporcional de despeses. És a dir, quanta energia pot invertir cadascú i inverteix a mantenir, créixer, reproduir-se i en la resta de processos necessaris per a viure.

I hidra? Com ocorre en la ciència, cada resposta obre noves portes...