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2004-11-24

El Nacimiento De Las Células Con Núcleo
2004-11-24

Publicado en EL CORREO
Territorios, Ciencia-Futuro
Miércoles 24 de noviembre de 2004

El análisis de estructuras dentro de las células está permitiendo a los biólogos resolver el misterio de cómo nacieron las células con núcleo, que forman parte de plantas, animales y hongos.

Ha pasado mucho tiempo, y sobre todo ha supuesto un gran esfuerzo, pasar desde los primeros intentos científicos de poner orden en la gran variedad de las formas de vida existentes, comenzados por Linneo a finales del siglo XVIII (que separaba entre los reinos animal y vegetal) hasta la actual visión de tres grandes dominios: Archaea, Bacteria y Eucaria. Los dos primeros son también "reinos" usando una terminología heredada de Linneo, y el último contiene los tres reinos de las plantas, los hongos y los animales, es decir Plantae, Fungi, y Animalia. Habitualmente se mantiene la costumbre de usar el latín para la taxonomía, lo que facilita compartir conocimientos aunque complica entender al lego de qué se está hablando. Los dos primeros dominios constan de organismos unicelulares en los cuales no existe un núcleo diferenciado. Por eso son denominados procariotas. La diferenciación entre bacterias y "arqueas" es un tanto compleja, y fue realizada en 1990 por el biólogo Carl Woesse, atendiendo a criterios bioquímicos.El otro dominio (los eucariotas) contiene organismos unicelulares o pluricelulares en los que cada célula dispone de una estructura interna, siendo lo más llamativo la existencia de un núcleo diferenciado donde se almacena el material genético necesario para perpetuar la especie.

Los primeros seres vivos de la Tierra, que aparecieron hace más de 3.500 millones de años, eran organismos procariotas. Durante más de mil millones de años la vida se establecía en esta forma celular, porque los primeros organismos eucariotas no aparecieron (aunque la fecha no está bien determinada) hasta hace entre dos mil y mil millones de años. Los biólogos están bastante convencidos de que estas últimas evolucionaron a partir de las primeras células sin estructura interna. La gran incógnita ha sido siempre saber cómo se produjo esa evolución. Desde luego, no debió ser algo fácil, habida cuenta del larguísimo periodo en que tardaron en aparecer.



Dos hipótesis en principio contrapuestas proponen mecanismos para esa evolución. Y ambas tienen buenos apoyos y, a la vez, lagunas. En los últimos decenios, y sobre todo gracias al trabajo de Lynn Margulis, se ha establecido con fuerza la teoría de que algunas células precursoras de las eucariotas modernas eran similares a las procariotas, pero fueron incluyendo en su interior células similares, más especializadas, por un mecanismo de simbiosis. Pensemos en una antigua "bacteria" que era capaz de producir más energía de la que necesitaba. Sería capaz de aportar esa energía a otra célula si se metía dentro de ella. Por otro lado, estar ahí dentro le produciría una ventaja al proporcionarle seguridad. Ese común beneficio pudo haber conseguido una ventaja para ambos organismos que acabaron formando un linaje común. Las mitocondrias (las plantas energéticas de las células) o los cloroplastos (orgánulos capaces de recoger la energía solar como sucede en las plantas) serían así, originariamente, procariotas independientes que se absorbieron y pasaron a formar parte de las células eucariotas. Igualmente, otras estructuras se habrían desarrollado de esta manera, llegando a crear la compleja forma de las células eucariotas, que tienen además un núcleo separado por una envoltura de doble membrana.

Sin embargo, la teoría simbiótica (a veces conocida como endosimbiótica) no explica del todo esa estructura. Frente a ella había otra hipótesis, conocida como "de la invaginación", según la cual, los orgánulos y otras estructuras interiores de la célula eucariota se formaron por deformaciones y especializaciones de la membrana exterior. A favor de esta hipótesis está el hecho de que estos fenómenos suceden continuamente en las células de animales y plantas, permitiendo que la célula "trague" sustancias del exterior envolviéndolas en vacuolas, e igualmente que expulse otros materiales en un proceso análogo. El problema de esta hipótesis es que la especialización que requieren los orgánulos del interior de la célula eucariota requiere saltos muy complejos, que quedan mejor explicados por la endosimbiosis de Margulis.

Hace unas semanas, un equipo de investigadores de la Universidad Rockefeller y la Universidad de California en San Francisco han publicado sus análisis de unas estructuras celulares que parecen contener la "huella" de un antepasado, un vínculo entre procariotas y eucariotas que proporciona un agente capaz de modelar la membrana celular para formar estructuras complejas. El artículo ha sido publicado en la revista PLoS Biology, (PLoS es un acrónimo en inglés de "Biblioteca Pública Científica", una respuesta organizativa y abierta de muchos científicos a las revistas de pago, mecanismo tradicional de publicación).

El equipo, dirigido por Michael P. Rout, ha analizado unas estructuras que conforman orificios en la envoltura nuclear. Estos complejos de los poros nucleares (NPC) son una especie de tubos formados por más de cien tipos diferentes de proteínas que están presentes en todas las células eucariotas. Permiten que la pared nuclear sea permeable para las moléculas pequeñas pero que sólo algunas de las grandes (proteínas principalmente) pueden pasar a través suyo, estableciendo así el mantenimiento de la estructura nuclear. Parte de los NPC se compone de bloques de proteínas más pequeños, que han sido localizados también en células procariotas, como las bacterias de la levadura del pan. Estas estructuras, además, funcionan como modeladores de la membrana celular, porque permiten curvarla mucho. Serían agentes de este tipo los que pudieron, hace miles de millones de años, comenzar a deformar la membrana de las células para crear estructuras interiores, como el retículo endoplasmático o los órganos de Golgi.


Esquema de un NPC

Si se confirman estos hallazgos, parece que estamos ante una síntesis de las dos hipótesis rivales hasta ahora: posiblemente la aparición de las células eucariotas fue un proceso mixto en el que la membrana celular fue haciéndose más compleja para permitir la aparición de estructuras en el interior de la misma, a la vez que se daban procesos endosimbióticos que aseguraban una mejor eficiencia.


Doblando Proteínas
La biología actual, con la poderosa herramienta de la bioquímica, permite un análisis muy detallado de las pequeñas estructuras que conforman cada célula. No siempre es sencillo, sin embargo, establecer cómo son las formas en tres dimensiones de las mismas, algo fundamental para comprender cómo funcionan. Por ejemplo, en el caso de los NPC, esos tubos de acceso y salida de la envoltura nuclear, los métodos clásicos de cristalizar el material y poder analizarlo mediante rayos X (el mecanismo por el que, hace cincuenta años, se consiguió encontrar la estructura de doble hélice del DNA, por ejemplo) no funcionan bien. En la actualidad, estas estructuras se analizan matemáticamente, mediante modelos de ordenador que van ensayando las múltiples formas en que se pueden doblar las proteínas, hasta conseguir dar con la más adecuada a los datos de que se dispone y las funciones conocidas. El problema habitual es la capacidad necesaria de cálculo, que es muy alta.

Por ello en algunos casos el cálculo se realiza, desde hace unos años, como un esfuerzo colaborativo a través de Internet que comenzó denominándose Folding@Home, análogo al Seti@Home que comentábamos la semana pasada con la búsqueda de inteligencia extraterrestre. En este caso, sin embargo, se analiza la estructura de proteínas que, en unos casos lograrán resolver estas incógnitas de la evolución y, en otros (los más, de hecho) ayudarán a la síntesis de nuevas medicinas. La idea, creada por Vijay Pande, de la Universidad de Stanford en California, es participada actualmente por más de doscientos mil internautas, creando una potencia de cálculo superior a la de los mejores superordenadores existentes.

2004-11-24 01:00 Enlace

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Comentarios

1	De: Anónima Fecha: 2004-11-25 01:18
Vaya, sin saberlo Pez, acabas de crear un conflicto familiar. Me veo discutiendo con el Anónimo para que me deje algún tiempo de salvapantallas para Folding@home y evitar que siga acaparándolo para el SETI :) Por lo demás muy interesante el artículo, gracias.

2	De: Dasmandr Fecha: 2004-11-25 12:51
Anónima: No es necesario, yo tengo el Folding@Home como un proceso más, no es necesario como salvapantallas. Eso sí, chupa algo de recursos =) Saluton

3	De: Anónima Fecha: 2004-11-25 13:33
¿y qué son "recursos"? :D Eso debe ser algo que se inventó despues del windows 95 ¿no? Es que nuestro ordenador es muy esforzado pero un poco antiguo... tomo nota para cuando le jubilemos con honores. De todas formas muchas gracias, por el intento de conciliación familiar :)

4	De: Angel Fecha: 2004-11-26 00:50
El problema de las iniciativas como Folding@Home es que no se especifican claramente la situacion legal de los resultados obtenidos. Seria muy triste que una empresa farmaceutica se hiciera de oro mediante medicamentos basados en resultados que se han obtenido gracias a la buena voluntad de miles de usuarios que ceden sus recursos.

5

De: Mitch Fecha: 2004-11-26 17:12

Saliendome un poquito del tema (aunque no he sido el primero), creo que todos estos proyectos de computacion distribuida deberian unificarse. Ademas del proyecto seti, y el de plegamiento de proteinas, hay muchos otros proyectos de investigacion que podrian aprovecharse de una estructura de supergrid (yo mismo tengo a los pobres ordenadores de mi departamento esclavizados durante meses para algunos calculos, y eso son los sencillitos, que hay otros que ni se me ocurre intentarlos porque simplemente a ojo puedo calcular que tardarian decadas o mas). Pero claro, si hay 3000 programas de computacion distribuida no vas a convencer a la gente para que se baje los 3000 y los tenga corriendo en su ordenador. Si asi fuera, lo que ocurriria es que la gente perderia el interes por prestar parte de sus recursos de calculo para esto. Asi que la mejor solucion que yo veo es la de un programa unificado: algo asi como science@home, donde la gente lo que se baja es un solo programa, que sea a su vez capaz de bajarse el modulo que el servidor le asigne y los datos a tratar. El usuario no tendria por que enterarse si su ordenador esta siendo utilizado para analizar los datos del proyecto seti o de cualquier otro proyecto (incluso podria cambiar sobre la marcha si en el servidor se implementa un sistema de colas y prioridades). Asi cualquier proyecto de investigacion que necesite una potencia de calculo similar, solo tendria que solicitarlo al organismo encargado de gestionarlo (creo que la UE o alguna sociedad internacional de teoria de la computacion serian buenos candidatos a ser los "huespedes" de un proyecto asi), programar el modulo de acuerdo con las especificaciones del programa y dar una fuente de datos. Ademas, se podria solucionar asi uno de los mayores problemas por los que yo (y otros muchos como yo) tengo reparos a instalar los programas seti@home y folding@home en mi ordenador: no son codigo abierto.

6

De: Gorgorito Fecha: 2004-11-27 00:42

ElPez, hoy vengo a pedir tu ayuda. Existe una iniciativa muy parecida a la que comentas en tu artículo (¿o tal vez la misma?) impulsada por IBM y el Institute for Systems Biology (¿una institución seria, o una simple Spectra?). Lo que se vende en la página de la multinacional yanqui es poco menos que si descargas su cliente de proceso remoto podrás ayudar a los científicos a luchar contra enfermedades terribles, Sida incluido. Y sí, todo gracias al 'Proteome folding'. Si bien los responsables del proyecto aseguran que los resultados se harán públicos para las Non-profit organizations (no lo traduzco como ONG porque en EEUU no siempre es lo mismo), hay aspectos de la licencia que no están claros, sobre todo los que se refieren a la libre circulación y acceso de los datos procesados previamente por decenas de miles de internautas voluntarios. De hecho, una de las notas que los responsables de prensa de este proyecto publicaron hace poco anuncia que "los primeros resultados han sido enviados ya al Departamento de Defensa de EEUU". ¿Había mucho follón? Pues toma dos tazas: Los foros hierven de preguntas sobre el verdadero uso que se va a dar a este proyecto. Sobre todo, se preguntan quién y para qué va a usar los datos procesados. Y lo más mosqueante es que ningún responsable del proyecto se moja para dar explicaciones. ¿Podrías echar un vistazo y decirnos qué tal huele este asunto? http://www.worldcommunitygrid.org/ Si tienes un rato, te lo agradecería.

7	De: ElPez Fecha: 2004-11-27 10:45
Le echaré un vistazo, Gorgorito.. a ver qué impresión me da.

8	De: Gorgorito Fecha: 2004-11-28 06:55
¡Gracias!

9	De: YIO Fecha: 2005-04-14 23:30
k s eso jajaja xaito no mas

10	De: cristin perez Fecha: 2006-11-06 23:03
holaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaafelicidades

11	De: juan manuel rey leyes Fecha: 2007-01-09 13:02
las membranas celulares de los hongos, asi como sus componentes, son el fruto de una energia, capas de filtrar y transformar su constexto en su propio beneficio. .

12	De: Anónimo Fecha: 2007-01-15 21:11
syfukc fwj ywuw6tr gyefwggdwkl

13	De: Anónimo Fecha: 2007-01-15 21:11
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14	De: Anónimo Fecha: 2007-01-15 21:11
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15	De: Anónimo Fecha: 2007-01-15 21:11
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16	De: yanymar Fecha: 2007-02-21 01:04
el jueves doy naturales y nose nada de el oriugen de las células eucariotas :S chau,!

17	De: danny Fecha: 2007-04-23 23:06
yo tengo examen el jueves y no estudie nadita de nada espero ke me vaya bn!!! :( suerte pa ti!!!

18	De: daniel Fecha: 2008-04-07 04:31
solo tenia una duda

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