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» » La ilusión sensorial hace que las células se autodestruyan

Referencia: Science Daily.com, 19 de noviembre 2015
“Sensory illusion causes cells to self-destruct”
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Trucos de magia funcionan porque se aprovechan las asunciones sensoriales del cerebro, se engaña al público ya sea para ver fantasmas o dirigiendo la vista en los juegos de manos. Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de California, en San Francisco, ha descubierto que incluso la levadura unicelular, sin cerebro, tiene sesgos sensoriales que pueden ser engañados por una ilusión cuidadosamente diseñada, un hallazgo que podría ser utilizado para desarrollar nuevos enfoques para la lucha contra enfermedades como el cáncer.

células de levadura
"La capacidad para percibir y responder al medio ambiente es un atributo fundamental de todos los organismos vivos, desde el más grande al más pequeño", explicaba Wendell Lim, PhD, autor principal del estudio. "Y así pasa de la susceptibilidad a la percepción errónea. No importa si la ilusión se basa en sensores moleculares dentro de una sola célula o de unas neuronas en el cerebro."

En este nuevo estudio, publicado en Science Express, Lim y su equipo, descubrieron que las células de levadura perciben falsamente un patrón específicamente programado de estrés, causado por la alternancia entre los niveles bajos y un leve aumento de los niveles de sodio, en un continuo incremento de estrés. En respuesta, los microbios terminan sobre-respondiendo y suicidándose. Los resultados, aduce Lim, sugieren una nueva forma de mirar las capacidades perceptivas de células simples, e incluso, poder utilizarlo para desarrollar nuevos enfoques para la lucha contra las enfermedades mediante el poder de dicha ilusión.

El tiempo de respuesta al estrés es el ‘talón de Aquiles' de las células de levadura

"Este descubrimiento, en realidad, fue un poco por accidente", dijo Lim, director del Departamento de Farmacología Celular y Molecular en la UCSF, director del Centro de Sistemas y la biología sintética de la misma, e investigador del Instituto Médico Howard Hughes (HHMI). "Estábamos interesados ​​en una cuestión general sobre cómo las células interpretan la información del tiempo. La frecuencia es un aspecto clave de todas nuestras comunicaciones, ya sea de la audición del lenguaje o la transmisión de señales de radio, pero ¿es problema de las células al utilizar este tipo de información? Es algo de lo que poco sabemos."

Para explorar esta cuestión, dos becarios postdoctorales en el laboratorio de Lim, Ping Wei, PhD ahora en la Escuela de Ciencias de la Vida en la Universidad de Pekín, y Amir Mitchell, PhD, que establecieron un sistema que les permitió exponer la levadura a un leve factor de estrés (una pequeña aumento de sal en el medio ambiente de la levadura), y el oscilamiento entre el aumento de nivel de sal y el nivel de línea base en las diferentes frecuencias.

Normalmente, las moléculas sensoriales de una célula de levadura detectan los cambios en la concentración de sal e instruyen a la célula para responder mediante la producción de un producto químico protector. Después de esta respuesta transitoria, la célula puede continuar creciendo felizmente como si las condiciones no hubiesen cambiado. Los investigadores descubrieron que las células eran perfectamente capaces de adaptarse cuando volcaban el estrés salino y cuando no, cada minuto o cada 32 minutos. Pero, para su sorpresa, cuando intentaron una oscilación de ocho minutos con exactamente el mismo nivel de sal, las células abandonaron su rápido crecimiento y comenzó a morir.

"Aquello fue sorprendente", dijo Mitchell. "Esas células debían ser capaces de manejar ese nivel de estrés osmótico, sin embargo, en una frecuencia en particular fallaba. Nunca habíamos visto antes nada como esto."

¿Podrían las ilusiones sensoriales usarse para combatir el cáncer?

Mitchell, que fue el primer autor de este nuevo estudio, inspeccionó el mecanismo celular que subyace a esta toxicidad inesperada que dependía de la frecuencia. El uso de modelos matemáticos y experimentos, en los cuales que se pellizcó el cableado molecular del mitógeno activado de la proteína quinasa (MAPK) una vía que media el sistema de sensibilidad a la sal de las células, reveló una percepción errónea sensorial: Debido a la forma en que está configurada la vía MAPK, las células interpretan una oscilación de ocho minutos como una gradiente cada vez mayor de concentración de sal. Esto conduce a una sobre-activación de la respuesta protectora de las células y, en última instancia, a la muerte.

"¿Por qué estas células han evolucionado con tan extraña sensibilidad a las oscilaciones de la sal?" se pregunta Mitchell. "Bueno, no creemos que lo hicieran. Es sólo un efecto secundario del hecho de que, las células de levadura de la red de señalización moleculares, que utilizan para mediar la respuesta de estrés, se han optimizado para su entorno natural, donde un estrés de sal normalmente se produce en un aumento gradual. Es en esta asunción por parte de la levadura (la anticipación de que el estrés será cada vez peor) lo que crea su talón de Aquiles."

El estudio sugiere que muchos tipos de células, incluidas las células humanas, pueden estar predispuestas a las percepciones erróneas y ser engañadas por ilusiones cuidadosamente diseñadas. Por ejemplo, indicaba Mitchell, la vía de señalización por la cual las células cancerosas humanas responden a factores químicos de crecimiento está íntimamente relacionado con la vía de detección de estrés MAPK  en la levadura. Por lo tanto, la identificación de percepciones erróneas de las células, en última instancia, podría ser explotada para inducir a las células cancerosas a suicidarse, sugirió, mientras se minimiza el daño a las células vecinas.

"Por sí solo, este es un hallazgo humilde", señaló Lim, pero él cree que tiene implicaciones más amplias para la investigación biomédica. "Al igual que nosotros, las células tienen percepciones sesgadas basadas en los patrones del medio ambiente donde han evolucionado. Si entendemos estos sesgos, podremos modular su comportamiento", añadió. "En particular, es sorprendente darse cuenta de lo importante que es el dominio del tiempo para las células. El patrón temporal bajo el que se presenta cualquier estímulo, como en el caso de las concentraciones de sal, de las drogas o de los haces de luz, puede marcar toda la diferencia."

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-Ilustración de las células de levadura. Crédito: © Dmitry Knorre / Fotolia
-Fuente: Universidad de California, San Francisco (UCSF)
-Publicación: Amir Mitchell, Ping Wei, and Wendell A. Lim. Oscillatory stress stimulation uncovers an Achilles’ heel of the yeast MAPK signaling network. Science Express, November 2015 DOI: 10.1126/science.aab0892 .


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