La esperanza de vida humana está relacionada con el retraso en el deterioro de nuestras células individuales. Hace tres años, investigadores de la Universidad de California, en San Diego, descifraron los mecanismos esenciales detrás del proceso de ancianidad. Luego de varios avances, el equipo logró utilizar biología sintética para diseñar una solución que evita que las células alcancen sus niveles normales de desgaste asociado con el envejecimiento. Las de levadura dieron resultados óptimos. ¿Clave para la longevidad humana?
Después de identificar dos direcciones distintas que siguen las células durante el envejecimiento, los científicos las manipularon genéticamente para extenderles la vida útil.
Ahora han ampliado la investigación para diseñar una solución que evita el deterioro normal de las células vinculado a la senectud. Las células, incluidas las de levadura, plantas, animales y humanos, contienen circuitos reguladores de genes que son responsables de muchas funciones fisiológicas. Incluido el envejecimiento.
«Estos circuitos genéticos pueden funcionar como los circuitos eléctricos que controlan dispositivos como electrodomésticos y automóviles», dijo Nan Hao, autor principal del estudio. Hao es profesor del Departamento de Biología Molecular de la Facultad de Ciencias Biológicas y codirector del Instituto de Biología Sintética de la Universidad de California en San Diego.
Sin embargo, el grupo descubrió que, bajo el control de un circuito regulador de genes central, las células no necesariamente envejecen de la misma manera. Imagine un automóvil que envejece a medida que el motor se deteriora o la transmisión se desgasta, pero no ambas cosas al mismo tiempo. El equipo de UC San Diego visualizó un «proceso de envejecimiento inteligente» que prolonga la longevidad celular mediante el deterioro cíclico de un mecanismo de envejecimiento a otro.
Detener el envejecimiento celular
Los investigadores reconfiguraron genéticamente el circuito que controla el envejecimiento celular. A partir de su función normal de operar como un interruptor de palanca, diseñaron un ciclo de retroalimentación negativa para detener el proceso de envejecimiento. El circuito «recableado» funciona como un dispositivo similar a un reloj, llamado oscilador genético. Su objetivo es impulsar a la célula a cambiar periódicamente entre dos estados «envejecidos» perjudiciales. Evitando un compromiso prolongado con cualquiera de ellos y, por lo tanto, ralentizando la degeneración de la célula.
Los avances dieron como resultado una vida celular dramáticamente extendida que estableció un récord para la extensión de la vida a través de intervenciones genéticas y químicas.
Los investigadores utilizaron primero simulaciones por computadora de cómo funciona el circuito de envejecimiento del núcleo. Un paso que les ayudó a diseñar y probar ideas antes de construir o modificar el circuito en la celda. Además, tiene la ventaja de ahorrar tiempo y recursos para identificar estrategias eficaces de prolongación de la vida.
«Es la primera vez que utilizan principios de ingeniería y biología sintética guiados por computadora para rediseñar racionalmente los circuitos genéticos y reprogramar el proceso de envejecimiento para impulsar la longevidad de manera efectiva», dijo Hao.
El equipo descubrió, años atrás, que las células siguen una cascada de cambios moleculares a lo largo de toda su vida hasta que finalmente se degeneran y mueren. Pero notaron que el componente celular del mismo material genético y dentro del mismo entorno pueden viajar a lo largo de distintas rutas de envejecimiento.
Aumento de la vida útil en células de levadura
Detectaron que aproximadamente la mitad de las células envejecen a través de una disminución gradual de la estabilidad del ADN, donde se almacena la información genética. La otra mitad envejece siguiendo un camino ligado al declive de las mitocondrias. Esto es, las unidades de producción de energía de las células.
El nuevo logro de la biología sintética tiene el potencial de reconfigurar los enfoques científicos para el retraso del envejecimiento celular. A diferencia de numerosos intentos químicos y genéticos de forzar a las células a estados artificiales de «juventud», esta investigación proporciona evidencia de que es posible ralentizar el tictac del reloj del envejecimiento. Al evitar activamente que las células se comprometan con un camino predestinado de declive y muerte. Y los osciladores de genes similares a relojes podrían ser un sistema universal para lograrlo.
“Nuestros resultados establecen una conexión entre la arquitectura de la red de genes y la longevidad celular que podría conducir a circuitos de genes diseñados racionalmente que retrasan el envejecimiento”, señalan los investigadores en su estudio.
Durante su investigación, estudiaron las células de levadura Saccharomyces cerevisiae como modelo para el envejecimiento celular humano. Desarrollaron y emplearon microfluidos y microscopía de tiempo para rastrear los procesos de envejecimiento a lo largo de la vida útil de la célula.
En el estudio actual, las células de levadura que se reconfiguraron sintéticamente y envejecieron bajo la dirección del dispositivo oscilador sintético dieron como resultado un aumento del 82 % en la vida útil. En comparación con las células de control que envejecieron en circunstancias normales. Los resultados revelaron «la extensión de la vida útil más pronunciada en la levadura que hemos observado con perturbaciones genéticas», señalaron.
Longevidad en organismos más complejos
“Nuestras células osciladoras viven más que cualquiera de las cepas más longevas identificadas previamente por pantallas genéticas imparciales”, dijo Hao.
«El trabajo del equipo demuestra la aplicación exitosa de la biología sintética para reprogramar el proceso de envejecimiento celular. Y puede sentar las bases para diseñar circuitos de genes sintéticos para promover de manera efectiva la longevidad en organismos más complejos», escribieron los autores.
Actualmente, los investigadores amplían sus objetivos al envejecimiento de células humanas, incluidas las células madre y las neuronas.
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