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La hipoxia es una condición que emerge cuando los niveles de oxígeno son inferiores a los normales. En esos casos, las células y organismos diseñan respuestas adaptativas que les permiten enfrentar un estado de situaciones adverso. La maquinaria molecular ejerce nuevos roles y comienza a funcionar con una dinámica cuyo único objetivo es restablecer la –siempre codiciada– homeostasis. En general, los mecanismos hipóxicos revelan su importancia en infartos de miocardio, accidentes cerebrovasculares, diversos tipos de cáncer, así como también en el llamado pie diabético. En esta línea, comprender los procesos biológicos que regulan sus normas de acción será vital para rasgar un poco más el velo que recubre a enfermedades de este tipo.
Para cumplir con la propuesta, el Laboratorio de Genética y Fisiología Molecular del Instituto Leloir utiliza moscas. Pero no cualquier mosca, sino unas bien particulares llamadas Drosophila melanogaster, que se caracterizan por su generosidad al permitir la realización de experimentos genéticos. Al ser invertebradas no cuentan con vasos sanguíneos ni arterias, ni venas y desarrollan un sistema respiratorio traqueal que difiere del de las personas. Sin embargo, cuando falta el oxígeno los insectos disparan una serie de respuestas compensatorias que podrían resultar equivalentes a las que manifiestan los seres humanos.
Pablo Wappner es licenciado en Ciencias Biológicas y doctor en Ciencias Químicas, recibido en la Universidad de Buenos Aires. Además, cuenta con un posdoctorado en Genética Molecular en el prestigioso Instituto Weizmann de Israel. Aquí, narra qué ocurre a nivel molecular cuando a los cuerpos les falta oxígeno, describe las bondades de los modelos experimentales que permiten a los científicos estudiar, de forma comparativa, los procesos biológicos presentes en las personas y comparte la importancia de mecanismos como la angiogénesis, cuando regula la formación de nuevos vasos sanguíneos.
–¿Por qué estudió ciencias biológicas y no cualquier otra cosa?
–En principio, tuve un traspié con arquitectura aunque, afortunadamente, advertí que no era lo que más me gustaba. Pero, la verdad es que siempre, desde pequeño, exhibí cierta curiosidad por la naturaleza y el modo en que los acontecimientos naturales se desa- rrollaban. Esa práctica racional que implica hacerse preguntas y elaborar respuestas.
–Usted es el jefe del Laboratorio de Genética y Fisiología Molecular del Instituto Leloir. Cuénteme de qué tareas se ocupan.
–Mi laboratorio se dedica a estudiar la adaptación de organismos y células a situaciones de hipoxia, es decir, de bajas concentraciones de oxígeno. Utilizamos, en este sentido, a la Drosophila melanogaster como modelo experimental.
–¿La conocida “mosca de la fruta”?
–En verdad, es mal llamada de ese modo porque no vive de la fruta, pero sí, algunos la conocen bajo esa nominalización. En este sentido, es fundamental que no se la confunda con una plaga porque no lo es. En sentido estricto, podría ser llamada “mosca del vinagre”. En todo el mundo, existen miles de investigadores que la utilizan como modelo porque cuenta con una gran cantidad de ventajas en relación al estudio de los mecanismos genéticos que regulan procesos celulares. Tiene un ciclo de vida muy corto, su genoma se encuentra completamente secuenciado, posee mutantes para cada uno de sus genes y, en efecto, habilita a una manipulación génica muy cómoda, a diferencia de otras especies más cercanas al humano que presentan dificultades mayores al respecto.
–Su utilización es tan corriente como la del pez cebra...
–Sí, claro. En biología existe un número bastante limitado de sistemas modelo, y los investigadores se reparten la utilización de ellos. Uno es la mosca que nombré, otro es el pez cebra, el ratón, la arabidopsis (género de plantas herbáceas) y, por último, algunas bacterias y levaduras.
–Cuénteme, entonces, acerca de la hipoxia. ¿Qué les ocurre a los organismos cuando les falta el oxígeno? ¿Qué procesos se desencadenan?
–La hipoxia es un tema de enorme importancia biomédica. Tiene que ver con lo que sucede dentro del corazón humano en situaciones vinculadas a los infartos de miocardio (al recibir poca irrigación sanguínea, se produce falta de oxígeno y ocasiona que el músculo cardíaco entre en crisis), y al cáncer (porque la escasez también se detecta al interior de los tumores). De modo que entender los mecanismos que las células ejecutan para adaptarse a la hipoxia implica comprender, desde esta perspectiva, un poco más sobre cómo se desenvuelven un conjunto de procesos biológicos muy complejos.
–En la medida en que el músculo cardíaco se las arregla para adaptarse a la hipoxia, ¿el infarto no ocurre?
–Exacto. Existen múltiples mecanismos que una célula, un órgano o bien un organismo entero que se encuentra en situación de hipoxia utiliza para adaptarse a la falta de oxígeno. La hipoxia puede ser sistémica o local. De modo que si un individuo viaja hacia latitudes de gran altura tendrá hipoxia sistémica y se realizan procesos como la hiperventilación, vasodilatación y aumento del ritmo cardíaco que se desarrollan en todo el organismo por completo. Por otra parte, la que desarrolla a nivel local se vincula a la formación de núcleos hipóxicos específicos como, por caso, les ocurre a las personas que presentan pie diabético.
–Cuénteme más acerca de los mecanismos que realizan los organismos para adaptarse.
–Uno muy importante es la angiogénesis que se vincula con la formación de capilares sanguíneos que llevan irrigación a la zona que carece de oxígeno. De funcionar de manera exitosa, evita muchos problemas. Este proceso es clásico cuando se forman tumores, así como también, en personas que se encuentran en una situación que pueden llevar a un infarto. Otro se refiere a la adaptación metabólica que ya ocurre a nivel celular. En este caso, la célula disminuye su consumo de oxígeno y adapta el metabolismo para evitar un derroche. Es decir, encuentra nuevas vías para obtener energía.
–¿Y de qué manera ustedes comprueban todo esto en una mosca?
–Es utilizada como modelo de este tipo de patologías que se producen en humanos. Ello es porque los procesos básicos a nivel celular están completamente conservados a lo largo de la evolución. Es decir que lo que ocurre en una mosca es lo mismo que sucede en un humano al nivel de una célula. Por supuesto, poseen otros tipos de estructuras pero funcionan de modo análogo y se pueden trazar, efectivamente, ciertos paralelismos.
–¿Existe un nivel medio de oxígeno que el cuerpo humano debe poseer para no presentar hipoxia?
–Eso depende de cada tejido que tiene su propio nivel homeostático, es decir, de equilibrio donde se considera que las células funcionan bajo parámetros normales. Por ejemplo, si nos referimos a oxígeno atmosférico se considera hipoxia por debajo del 21 por ciento, que ocurre, como comentaba antes, cuando el individuo visita montañas o sitios elevados.
–En concreto, ¿qué estudian?
–A nivel génico, nosotros estudiamos cómo se modifican los patrones de expresión de genes de manera tal que la célula pueda enfrentar esa situación de hipoxia. Esto lo medimos mediante ciertos procedimientos de medición (como el censado del oxígeno) y de qué forma esa información llega al núcleo de la célula, y se produce una acción compensatoria por intermedio de la cual la célula logra las adaptaciones necesarias para superar la situación adversa. Por otra parte, la reoxigenación tiene sus consecuencias nocivas también, porque ingresa el oxígeno de golpe y eso genera reacciones químicas, denominadas especies reactivas de oxígeno, que siguen otros procesos.
–Indefectiblemente, y sepa disculparme pero no puedo evitar el sesgo funcionalista: ¿en qué medida sus investigaciones pueden ser útiles para la vida de las personas?
–Las investigaciones que realizamos son fundamentales para el análisis y una mayor comprensión de las patologías humanas. No obstante, si bien nunca hemos trabajado con humanos consideramos que nuestros futuros hallazgos podrán ser utilizados algún día como piezas en relación a terapias de tratamiento. Por ejemplo, la molécula que detecta el nivel de oxígeno –censor– se descubrió hace unos diez o doce años. En la actualidad, existen decenas de empresas que realizan inversiones millonarias en la búsqueda de inhibidores de esta enzima. Es decir, buscan sustancias químicas que de modo artificial activan la respuesta a hipoxia. Este tipo de avances ayudaría a los pacientes cardíacos o diabéticos a enfrentar sus problemas.
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