La unión coordinada entre células distintas aportó a la vida los
beneficios del aumento de tamaño y la división del trabajo. Pero, como
cualquier avance, también implicó nuevos retos como la cooperación, la
comunicación y la necesidad de controlar el sistema. La existencia de la
vida multicelular se rige por las leyes de un ‘comunismo’ biológico
donde el interés del ‘pueblo’ está claramente por encima de las
necesidades individuales. Si no es así, el invento no funciona.
El
origen de los animales, el cómo se pasó de una célula a trillones de
ellas bien avenidas, es un misterio aún sin resolver. Pero sí se sabe
que a la naturaleza le costó millones de años originar la
multicelularidad, y que científicos de la Universidad de Minnesota (EE
UU) lo han conseguido en 60 días. Los resultados de este
estudio, liderado por el investigador William C. Ratcliff, se publicaron en enero del pasado año en la revista
Proceedings of the National Academy of Sciences.
“Estábamos
mi jefe, Michael Travisano, y yo tomando café en la oficina hablando de
cuál sería el experimento más guay que podríamos hacer en el
laboratorio –explica a SINC Ratcliff–. Decidimos que el origen de la
vida era demasiado difícil, pero que hacer evolucionar un grupo de
células hasta la multicelularidad podía ser factible”. Y se pusieron
manos a la obra.
“Estábamos mi jefe y yo hablando de cuál sería el experimento más
guay para hacer en el laboratorio y decidimos replicar la
multicelularidad”
Codo a codo, mucho más que dos
El sujeto de estudio fue
Saccharomyces cerevisiae (la
levadura unicelular que se usa para la fermentación de la cerveza), y
la presión evolutiva, la fuerza de la gravedad. El equipo de Travisano
diseñó un sencillo experimento donde volverse multicelular fuera una
ventaja adaptativa.
Los
investigadores dejaron
crecer las levaduras en un frasco con un caldo rico en nutrientes y en
agitación. A las 24 horas detuvieron el movimiento. Las células que se
habían organizado en grupos pesaban más y se hundían más rápidamente que
el resto. Los científicos traspasaron las células del fondo del frasco a
uno nuevo y las dejaron crecer 24 horas más. Este proceso lo repitieron
60 veces en 10 frascos distintos. A las pocas semanas Ratcliff se dio
cuenta de que la mayoría de levaduras ya no crecía individualmente:
habían evolucionado para formar uniones indivisibles.
“Este
estudio me sorprendió porque es una aproximación completamente nueva”,
explica por teléfono a SINC Iñaki Ruiz, investigador ICREA (siglas de
Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats) del
Instituto de Biología Evolutiva. “Se había logrado
in silico,
a través de ordenador, pero un experimento con el organismo en sí y en
el laboratorio no se había hecho nunca. Es un estudio interesante y
divertido”, se asombra el biólogo.
Sacrificios por el bien común
“Un
grupo de células no tiene por qué ser un organismo multicelular –aclara
Ratcliff–, pero cuando las partes cooperan, hacen sacrificios por el
bien común y se adaptan a los cambios, entonces sí se puede considerar
que es una transición hacia la multicelularidad”.
Las partes de un organismo multicelular cooperan, hacen sacrificios por el bien común y se adaptan a los cambios
Y así sucede en este experimento. Las nuevas agrupaciones nacen por
propágulos, “igual que muchas plantas”, puntualizan los científicos en
su artículo. Una o varias células se liberan del grupo parental y forman
otro individuo distinto. Para que esto ocurra, algunas han de morir y
convertirse en un punto de rotura a partir del que se libera el nuevo
organismo, y exactamente eso es lo que pasa: entran en apoptosis, que es
como sutilmente se llama al suicidio en el mundo celular.
“La
multicelularidad que hemos obtenido en este experimento no es tan
compleja como la de un animal, donde una célula madre se puede convertir
en una neurona o en una célula sanguínea –comenta Ratcliff–. Pero desde
un punto de vista evolutivo es muy similar, porque las células
apoptóticas sacrifican su reproducción por el bien del grupo”.
Según
Iñaki Ruiz la apoptosis es uno de los puntos clave de este estudio: “Se
tiene que investigar si el suicidio celular es causa o consecuencia de
la rotura”, comenta. Efectivamente el equipo de Minnesota se planteó en
su momento que, o bien las células que morían se convertían en un punto
frágil del organismo y el sitio ideal para que el propágulo se separara,
o bien la separación del fragmento provocaba la muerte celular.
Para
saber qué sucedía en realidad, los científicos rompieron mecánicamente
los grupos y observaron la viabilidad celular. “No detectamos mortalidad
en las zonas de rotura, por lo que estamos completamente seguros de que
la apoptosis es la causa de la separación, y no al revés”, asegura
Ratcliff.
Conflictos de intereses
Según
Aurora Nedelcu, investigadora de New Brunswick (Canadá) y experta
mundial en apoptosis, este es un proceso necesario para el desarrollo de
la multicelularidad. “Las dos principales razones de ser del suicidio
celular son eliminar células dañadas o con mutaciones y células
superfluas durante el desarrollo embrionario –explica a SINC–. Las
personas que nacen con dedos de más es porque tienen defectos en la
apoptosis”.
Hay células que se suicidan o sacrifican su reproducción por el bien del grupo
La cooperación entre células supone un gran conflicto de interés. Una
célula que engañe al resto y obtenga de ello una ventaja evolutiva será
seleccionada por encima de las demás, y los genes que determinan ese
comportamiento se propagarán.
Los seres multicelulares tienen que
tener un estricto control genético para que haya las mínimas células que
engañen porque, cuando eso sucede, como pasa por ejemplo durante un
cáncer, el organismo puede morir. “Nuestro modelo de levaduras puede
servir para saber por qué una célula se sacrifica por las demás y entra
en apoptosis o se aprovecha del resto y acaba generando un cáncer”,
explica a SINC Michel Travisano, coordinador del trabajo.
Este
conflicto de interés es menor si las células tienen un origen común. “Un
grupo formado por células genéticamente parecidas cooperará más
fácilmente que si está constituido por células sin ningún parentesco”,
señala Iñaki Ruiz.
El origen de la diversidad de los metazoos
(animales) reside en esta opción, “en que cuando una célula se divide en
dos, estas se mantienen unidas, no en la agregación de dos células
distintas”, afirma el experto catalán. En el trabajo de Ratcliff, los
investigadores analizaron los agregados y demostraron que las células no
se unían al tuntún, sino que se mantenían juntas tras la división
celular.
Rebuscando entre los genes
Pero si
realmente la multicelularidad es tan complicada y se compara en
importancia al origen de la vida o la aparición de la célula eucariota,
¿cómo es posible obtenerla en un laboratorio y en un período de tiempo
de semanas?
“Seguramente estamos ante una diferenciación celular
muy simple, de dos o tres tipos celulares, y eso ha sucedido una
veintena de veces a lo largo de la historia de la vida –responde Ruiz–.
La multicelularidad compleja ya es otra cosa”
. Un ejemplo de esta complejidad que comenta Ruiz son los más de 200 tipos de células que forman el cuerpo humano.
“El
siguiente paso en esta investigación es el análisis de qué mecanismos y
qué genes han sido necesarios para generar cada una de las líneas
multicelulares obtenidas en el laboratorio”, explica Travisano. A día de
hoy, las técnicas genómicas son las de referencia en el estudio del
origen de la multicelularidad.
En España, el proyecto MultiCellGenome investiga el salto evolutivo que permitió la formación de órganos y de toda la diversidad animal
En España, el proyecto
MultiCellGenome
liderado por Iñaki Ruiz investiga las causas genéticas de este gran
salto evolutivo que permitió la formación de órganos y de toda la
diversidad animal. En su estudio compara los genomas de organismos
multicelulares con sus parientes unicelulares más cercanos para saber
qué genes fueron los responsables del gran cambio.
“Hemos
encontrado diferencias genéticas muy importantes, pero, curiosamente,
también hay genes fundamentales para la multicelularidad que ya existen
en organismos unicelulares –señala Ruiz–, por ejemplo, algunos
implicados en la adhesión entre las células”.
La clave está en un simbionte del caracol
La estrella de esta investigación es
Capsaspora,
un ser unicelular parecido a una ameba con tentáculos que vive en la
sangre de los caracoles tropicales. Este organismo es tan sencillo que
no goza de desarrollo embrionario pero, en cambio, sí tiene genes
relacionados con él. “La explicación que nosotros proponemos es la
‘coevolución’: genes que ya existen en el organismo unicelular y se
mantienen en la multicelularidad con un cambio de función”, avanza Ruiz.
El futuro del proyecto
MultiCellGenome
es seguir comparando y analizando genomas para desentrañar el verdadero
árbol filogenético de todos los animales. Ruiz y su equipo aspiran a
entender los mecanismos genéticos y moleculares que permitieron uno de
los mayores logros evolutivos de la historia de la vida en la Tierra.
Mientras
tanto, en Minnesota también continúa la investigación. “Tenemos un
montón de resultados nuevos que todavía no puedo contar porque no están
publicados”, se disculpa Ratcliff por correo electrónico. Lo que sí
puede avanzar es que cada vez conocen mejor las bases genéticas de los
organismos que han obtenido y que sus siguientes objetivos son, a través
de este experimento, investigar el envejecimiento y los beneficios
evolutivos del sexo en la evolución de los animales.