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Biolog

Herencia materna

Un mecanismo de transmisión de bacterias de la madre a la prole de insectos ayuda en la investigación de células madre y en el tratamiento de enfermedades tropicales

De una investigación referente a una bacteria, que bajo el microscopio parece un grano de arroz, emergieron informaciones que ayudan a entender la propagación de infecciones y explican un poco mejor el desarrollo de las células madre, la esperanza de la medicina contemporánea con miras a originar otros tipos de células. Asimismo, algunas conclusiones pueden ser útiles para combatir enfermedades tropicales como el dengue y la elefantiasis. Las perspectivas que ahora parecen tan amplias nacieron de una pregunta puramente científica: ¿Cómo puede haberse convertido la bacteria Wolbachia en uno de los microorganismos más exitosos del planeta, a punto tal de diseminarse entre millones de especies de artrópodos, incluidos los insectos, las arañas y los crustáceos, además de los helmintos como la lombriz? Desde la araña que cae desde la cortina hasta mosca que entra por la ventana, probablemente una u otra cargan millares de bacterias del género Wolbachia.

El biólogo brasileño Horácio Frydman tenía esa duda en 2002 cuando golpeó a la puerta de uno de los laboratorios de la Universidad de Princeton, Estados Unidos, coordinado por Eric Wieschaus, uno de los ganadores del Premio Nobel de Medicina en 1995, por haber descubierto los genes y los mecanismos que controlan el desarrollo embrionario -había trabajado con la mosca de la fruta, la Drosophila melanogaster, pero estos principios se aplican también a organismos superiores, incluso los seres humanos. Frydman comentó que había hecho la maestría en el Instituto de Química de la Universidad de São Paulo (USP) con Roberto Santelli y el doctorado en la Universidad Johns Hopkins con Allan Spradling, un reputado especialista en células madre, y que pretendía estudiar la Wolbachia en la Drosophila. Wieschaus nunca había escuchado hablar de la Wolbachia, pero le interesó la propuesta y le dio un año para demostrar resultados; de haberlos, Frydman debería abandonar su proyecto propio y abocarse a trabajar en una de las líneas de investigación en andadura en el laboratorio.

Frydman trabajó mucho -y lo logró. Primeramente desarrolló algunas técnicas de microscopía que le permitieron visualizar las bacterias en el interior de la Drosophila y, poco a poco, dilucidar cómo se instalan en el organismo hospedador y luego cómo se transmiten. Cuando se la inyecta en el abdomen de una mosca, esta bacteria tarda 15 días para atravesar las membranas y tejidos musculares y llegar a los ovarios del insecto, que tiene el aspecto de un cacho de bananas. Pero, ¿por qué los ovarios, y no los intestinos, el corazón o el cerebro, como lo hacen otros parásitos? Porque en los ovarios -o mejor dicho, en uno de sus compartimentos, el germario- se encuentran las células madre somáticas, que originan la cáscara del huevo y otras estructuras que protegerán al embrión, y las células madre germinativas, que originan las células sexuales o gametos. Las células madre, al dividirse, originan diferentes tipos de células, de acuerdo con el tejido en que se forman.

Pero la bacteria no las infecta directamente. Antes -y ése fue el descubrimiento más notable-, la Wolbachia se acumula en un microambiente del germario llamado nicho, que suministra las proteínas y estímulos esenciales para el mantenimiento y la multiplicación de las células madre. Tal como Frydman demostró produciendo y analizando imágenes como las que ilustran este reportaje, la Wolbachia también usufructúa este espacio, como si hubiera llegado a la casa materna después de un largo viaje y pudiera finalmente quedarse, alimentarse y multiplicarse. Sólo entonces sale e infecta a las células somáticas y las germinativas. “Dieciocho días después de la infección inicial”, comenta, “todas las células germinativas están infectadas con Wolbachia”. A partir del nicho, la bacteria puede infiltrarse en las células que forman el huevo y propagarse en las generaciones siguientes.

Frydman demostró que la llamada transferencia o infección vertical -de la madre a los hijos- fue exitosa cuando recolectó los huevos de las moscas en que había inyectado bacterias y verificó que las generaciones siguientes también estaban infectadas. Era una prueba de que la Drosophila -un insecto de 2 a 3 milímetros al cual la mayoría de las personas no suele darle ninguna atención, pero que es considerado uno de los mejores modelos de estudio para la genética, por multiplicarse rápidamente y tener cromosomas que pueden manipularse con relativa facilidad-y también puede enseñar mucho sobre la transmisión de parásitos. Publicado en Nature de 25 de mayo, ese trabajo es la primera demostración del mecanismo de transmisión de esa bacteria de un organismo a otro y el primer informe de una bacteria infectando específicamente el nicho de la célula madre.

Casa materna – Pero ¿por qué la Wolbachia conquista primeramente el nicho? “Es un artificio sumamente ventajoso, que explica cómo esa bacteria se volvió tan omnipresente”, dice el biólogo de 40 años, quien actualmente trabaja como investigador asociado en la Universidad de Princeton, pero que desea un día regresar a Brasil. “El nicho es una estructura permanente del ovario de los insectos, que permite que la población de bacterias que lo ocupan se renueve, se amplifique y se esparza. Curiosamente, es la misma estrategia que emplean las células madre para formar los tejidos”. Spradling, su ex director de tesis doctoral, insistía desde hace al menos seis años en la importancia del nicho, un concepto tomado de empréstito de la ecología para designar a una región que, aunque su ubicación y constitución sean aún imprecisas, definiría las características fundamentales de las células madre. El nicho también controlaría la tasa de división y el proceso de diferenciación en otros tipos de células. La identidad que las células madre pudieran asumir dependería, por lo tanto, del ambiente en que vivieran.

Al comienzo estas ideas atrajeron solamente miradas desconfiadas. Sin embargo, una serie de investigaciones realizadas en los últimos años demostró que diversos tipos de células madre, desde insectos hasta humanos, realmente dependen del nicho en que viven. Un reportaje publicado el año pasado en Nature demostró de qué manera las ideas de Spradling y otros pioneros ahora se aceptan -el nicho se ha convertido en objeto de intensa investigación. Hoy en día se sabe que las células ya diferenciadas pueden hacer una regresión al estadio de células madre si se las reubica en el nicho, como si fueran adultos que volvieran a comportarse como niños al regresar a la casa materna.

“La Wolbachia debe encontrar algo especial en el nicho, que aún no sabemos qué es”, dice Frydman. Por esta razón éste cree que dicha bacteria podría convertirse en una herramienta para estudiar el nicho y entender mejor el desarrollo y las potenciales aplicaciones médicas de las células madre. No sería la primera vez que los biólogos se alían a los parásitos: gran parte del conocimiento sobre el esqueleto celular resultó del estudio de la Listeria, otra bacteria que vive en el interior de las células. Sin embargo, en este caso esto no sería nada trivial, pues cada órgano -el hígado, los huesos o el cerebro- contendría nichos específicos y poblaciones distintas de células madre. “En muchos órganos, por falta de marcadores específicos, es imposible diferenciar el nicho y las células madre de las otras células”, dice.

De cualquier manera, o conocimiento sobre las estrategias de supervivencia de esta bacteria puede ayudar a combatir enfermedades tropicales transmitidas por insectos o helmintos. Un equipo de la Universidad de Queensland, Australia, percibirá 10 millones de dólares de parte de la Fundación Bill y Melinda Gates para detener la propagación del virus del dengue en África interviniendo en las poblaciones de Wolbachia que se instalan en los mosquitos transmisores. La investigación con la Wolbachia también brinda nuevas perspectivas de tratamiento de enfermedades como la elefantiasis, una enfermedad que afecta a 120 millones de personas en 80 países, caracterizada por la obstrucción de los vasos linfáticos y por la gran hinchazón de las piernas o de los órganos genitales. Tal como se descubrió recientemente, las células germinativas de los helmintos que la provocan están repletas de Wolbachia. Por lo tanto, los antibióticos, en asociación con los vermífugos, pueden ser bastante útiles. Los primeros ensayos demostraron que los helmintos se volvieron estériles y también mueren cuando las bacterias son destruidas por los antibióticos.

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