SÉRGIO VANIN / USPHasta hace poco tiempo, la acción de los radicales libres – moléculas o fragmentos de moléculas con un número insuficiente de electrones, formados principalmente por oxígeno – se encontraba bajo sospecha. Pero ahora, una serie de estudios comprueba que los mismos son responsables por el surgimiento o el agravamiento de varios problemas, tales como ciertas enfermedades hereditarias, la intoxicación con plomo, la hipertensión, la esquizofrenia, el trastorno bipolar, la diabetes y el cáncer.
La punta de esteiceberg surgió en 1978, con los casos de anencefalia – fetos sin cerebro – y enfermedades respiratorias que aparecieron en Vila Parisi, en Cubatão, en el litoral paulista. Por entonces, los químicos de la Universidad de São Paulo (USP) Etelvino Bechara y Marina Medeiros, instigados por noticias que indicaban que los elevados niveles de contaminación ambiental estarían provocando esos dos problemas, fueron a investigar. Una vez sorteadas las dificultades, extrajeron sangre de habitantes del barrio y verificaron los niveles elevados de enzimas antioxidantes – una señal indicadora del exceso de radicales libres, que puede ser perjudicial para el organismo. Esa pista no sirvió para explicar directamente la anencefalia, que aún hoy en día tiene una causa incierta, pero catapultó a los investigadores hacia un terreno fértil y elucidó el papel de los radicales libres en una serie de afecciones.
Los radicales libres son imprescindibles para la formación del ácido desoxirribonucleico (ADN), el portador del código genético, y actúan en la destrucción de bacterias y tumores, por ejemplo. Pero se comportan como villanos cuando son producidos y utilizados de manera desequilibrada – en una condición conocida como estrés oxidativo -, pues pasan a destruir membranas celulares, ADN y enzimas, creando una situación favorable para el avance de enfermedades neurodegenerativas, como el mal de Alzheimer, y para el proceso de muerte celular.
Pocos años antes del episodio de Vila Parisi, Bechara había conocido en una conferencia en São Paulo al investigador francés Adolf Michelson, del Instituto de Biología Físicoquímica de París. Michelson había constatado que la población rural de Francia exhibía niveles sanguíneos más bajos que los de los parisienses de una enzima llamada superóxido dismutasa, involucrada en la eliminación de radicales de oxígeno.
Simultáneamente, Paulo Naoum, biólogo de la Universidad Estadual Paulista (Unesp) de São José do Río Preto, había descubierto en la sangre de los habitantes de Cubatão un exceso de metahemoglobina, uno de los compuestos formados cuando la hemoglobina, una molécula que de transporte de oxígeno en la sangre, reacciona con óxidos de azufre. “Como había mucho óxido de azufre en el aire, Naoum atribuyó las alteraciones a la contaminación ambiental, pero no sabía explicar de qué manera ésta modificaba la cantidad de las enzimas en la sangre de los habitantes de Vila Parisi”, dice el químico de la USP.
Bechara juntó las puntas de cada estudio y demostró que, en el caso de Cubatão, los radicales libres causaban el estrés oxidativo, de acuerdo con el primer artículo brasileño sobre el tema, publicado en 1983 en Archives of Environmental Health. Luego descubrió uno de los compuestos formadores de radicales libres: el ácido 5-aminolevulínico (Ala). Este compuesto, un precursor del grupo heme – pigmento rojo castaño que forma parte de la estructura de proteínas tales como la hemoglobina y la mioglobina (acumuladora de oxígeno) -, reacciona rápidamente con el oxígeno y produce una gran cantidad de radicales libres.
Sus hallazgos se integraran a la investigación de fototerapia de cánceres de boca, piel y recto, que ahora cuenta con la alternativa de aplicaciones de Ala directamente en el tejido tumoral, seguidas de irradiación. También dieron sustento a una propuesta de terapia antioxidante, actualmente en fase de experimentación, para la porfiria aguda intermitente, una enfermedad de origen genético asociada al exceso de Ala.
La porfiria aguda intermitente, que tiene una prevalencia mayor en Escandinavia e Inglaterra, tiene características sutiles: en la mayoría de los casos, sus portadores no manifiestan síntomas de la enfermedad. En el transcurso de su vida, pueden tener apenas una o dos crisis agudas, con fuertes dolores abdominales, debilidad muscular, alucinaciones y un rasgo característico: la orina es de color bordó. Pueden también desarrollar cáncer hepático, que es más frecuente cuanto mayor es el número de ataques, principalmente entre las mujeres. La porfiria es atribuida a la deficiencia en la producción de una enzima llamada Ala desaminasa y a la acumulación de Ala en la sangre, en el cerebro y en el hígado.
De la porfiria a la esquizofrenia
Bechara decidió estudiar este tipo de porfiria luego de conocer otro trabajo del francés Michelson, que mostraba una exacerbación de los niveles de radicales libres en niños franceses autistas y en portadores de esquizofrenia y trastorno bipolar. El químico probó la hipótesis que indica que el exceso de Ala es el causante de estos trastornos mentales en un trabajo llevado a cabo en colaboración con el médico Paulo Marchiori, del Hospital de Clínicas (HC), y con la bioquímica Dulcinéia Abdalla, ambos de la USP. Evaluaron tanto a los pacientes con porfiria aguda intermitente en crisis aguda, que manifiestan síntomas neurológicos y alucinaciones, como a los portadores de esquizofrenia y de trastorno bipolar tratados en el HC y en el Hospital Psiquiátrico de Juqueri. Los análisis de sangre mostraron un aumento de las enzimas antioxidantes, que procuran detener el exceso de radicales libres – el mismo cuadro que el de los habitantes de Vila Parisi.
Poco a pocos iba quedando claro quelos radicales provocaban daños químicos a otras moléculas. La oxihemoglobina, cuando es expuesta al Ala, se transforma en metahemoglobina; la ferritina (proteína que almacena hierro en el organismo) libera iones de hierro, y la molécula de ADN se rompe bajo el ataque de los radicales libres. Como producto del exceso de Ala, la mitocondria, uno de los compartimientos de la célula, se hincha y para de producir trifosfato de adenosina (ATP), un compuesto esencial para la producción de energía.
Paso a paso se comprobaba la hipótesis de Bechara de que los radicales libres derivados del Ala están relacionados con las bases moleculares de las porfirias. Y más tarde, nuevas evidencias: estudios llevados a cabo conjuntamente con Paolo Di Mascio, del Instituto de Química de la USP, mostraron que ratones tratados con Ala tenían entre cinco y seis veces más bases del material genético dañadas que un roedor normal, al margen de acumular hierro en el hígado y en el cerebro. “Eso puede estar relacionado con la génesis del cáncer de hígado, una característica de la porfiria aguda intermitente”, observa Bechara.
Hace poco tiempo, Bechara y sus colaboradores demostraron que los flavonoides, sustancias naturales halladas en la uva y en el té verde, pueden cooperar con la vitamina C en la protección de las mitocondrias contra el ataque de los peróxidos, sustancias generadoras de radicales libres. Plantearon también que la aminoacetona, un derivado del aminoácido treonina, funcionaba como fuente de radicales libres y movilizando hierro en la diabetes mellitus.
La investigación nuevamente se ramificó en marzo, cuando Cassius Stevani, ex alumno de Bechara durante el posdoctorado e investigador de la Fundación Instituto de Enseñanza para Osasco (Unifieo), descubrió hongos luminescentes en el Parque Estadual Turístico de Alto Ribeira (Petar), en el sur del estado de São Paulo. Hace ya tiempo que la bioluminescencia, un proceso químico mediante el cual se produce luz, se había mostrado como un buen modelo de estudio de la acción de los radicales libres. Stevani descubrió cinco especies aún no descritas científicamente en Brasil, que viven en árboles o sobre hojas en descomposición. Según Stevani, aún no se conocen los mecanismos químicos de la producción de luz: “Es algo totalmente nuevo”.
El secreto de las luciérnagas arco iris
Químicos y biólogos de la USP pasaron muchas noches en el ‘cerrado’ (sabana) de Mato Grosso removiendo troncos podridos, barrancas y termiteros en busca de luciérnagas diferentes, que emiten luces cuyo color varía del verde intenso al rojo. Para el equipo de Etelvino Bechara, la investigación sobre los orígenes de la bioluminescencia de estos insectos era simultánea a la de los radicales libres. Las líneas de trabajo finalmente se juntaron cuando la bioluminescencia se mostró como un modelo biológico para el estudio de la acumulación de radicales libres en los organismos, el llamado estrés oxidativo: la producción de luz depende directamente del oxígeno, bastante escaso en el interior de los troncos podridos en donde viven las larvas de los insectos luminescentes.
Al estudiar las larvas de luciérnagas, el equipo de Bechara descubrió que la bioluminescencia es un fenómeno auxiliar de las enzimas antioxidantes, que protegen a las larvas contra los efectos del exceso de oxígeno, la principal fuente de radicales libres. Como los químicos de la USP demostraron, la sustancia luminescente producida por la luciérnaga, llamada luciferina, probablemente tiene un papel antioxidante, más allá de emitir luz. Cuando se encuentra en una atmósfera rica en oxígeno, el insecto incrementa su producción de luciferasa, una enzima que acelera la producción de luz, de la propia luciferina y de enzimas antioxidantes.
“Ése es un fuerte indicador de que en las luciérnagas, la luciferina puede funcionar como un antioxidante natural contra los radicales libres”, comenta Bechara. Al mismo tiempo, investigadores belgas demostraron un comportamiento similar de la celenteracina, la luciferina de los celenterados (aguavivas o medusas) luminescentes, que también sufren con los radicales libres.
En los últimos años, los biólogos del equipo de Cleide Costa, del Museo de Zoología de la USP, y del Museo de Historia Natural de Basilea, Suiza, que formaban parte de ese grupo, describieron tres especies nuevas de una familia muy rara de coleópteros luminescentes, los fengodidos, entre ellos el Phrixothrix viviani. Este insecto es un modelo único para el estudio químico de la relación entre la estructura de la luciferasa y el color de la bioluminescencia, debido a que emite dos colores diferentes al mismo tiempo: el rojo del farol cefálico y el verde de los faroles abdominales (el farol es el órgano emisor de luz luminescente).
De una de las expediciones más productivas, realizada el año pasado, los investigadores recolectaron 700 larvas y adultos de Pyrearinus termitilluminans. Bechara y Graham Timmins, de la Escuela Médica Dartmouth, en Estados Unidos, demostraron que el consumo de oxígeno está directamente asociado a la emisión de luz en las larvas de esta especie.
Color variable
En otro artículo, publicado en Insect Biochemistry, Bechara y Marcelo Barros, también del Instituto de Química, registraron la variación de la producción de enzimas antioxidantes en esas larvas y concluyeron: la actividad enzimática está asociada no solamente a la producción de luz, sino también y principalmente a los momentos de actividad física intensa, tales como cavar túneles o buscar alimentos. Y existen caminos bioquímicos coordinados que permiten minimizar el exceso de radicales libres resultantes de la oxigenación de los tejidos.
También observaron un fenómeno inédito que ocurre con el Macrolampis omissa, una especie de luciérnaga que se distingue por el tamaño de su farol, que ocupa casi la mitad de su abdomen. Naturalmente amarillo, dicho farol se torna anaranjado y la luz emitida es amarilla durante el vuelo nupcial y el apareo, que se concreta en el pasto de las ciénagas, a la hora del crepúsculo. Pero a la noche, se aparean en terreno seco – y la luz emitida es verde amarillenta.
El Proyecto
Estrés Oxidativo Asociado a Porfirias Caracterizadas por Sobrecarga de Ácido5-Aminolevulínico
MODALIDAD
Proyecto temático
COORDINADOR
Etelvino José Henriques Bechara – Instituto de Química de la USP
INVERSIÓN
R$ 62.495,20 y US$ 216.148,80
