MADRID, 16 Jun. (EUROPA PRESS) -
Científicos dirigidos por la bióloga sintética Pamela Silver, de la Universidad de Harvard, en Estados Unidos, han aprovechado el mecanismo circadiano que se encuentran en las cianobacterias para trasplantar el cableado circadiano en una especie común de bacteria que es, naturalmente, no circadiana. El nuevo trabajo, que se detalla en un artículo publicado en 'Science Advances', demuestra por primera vez el trasplante de un ritmo circadiano.
"Al observar los sistemas en la naturaleza como modulares, pensamos como ingenieros en manipular y utilizar los circuitos biológicos de una manera predecible y programable", relata Silver, miembro del Instituto Wyss de Ingeniería Inspirada Biológicamente de la Universidad de Harvard y profesora en el Departamento de Biología de Sistemas en la Escuela de Medicina de Harvard.
A menudo conocido como el "reloj biológico", el ritmo circadiano controla a qué hora del día las personas están más alerta, hambrientas, cansadas o preparadas físicamente debido a un proceso biológico complejo que no es exclusivo de los seres humanos. Los ritmos circadianos, que oscilan en un ciclo de aproximadamente 24 horas adaptado a la rotación de la Tierra, se han observado en la mayor parte de plantas, animales, hongos y cianobacterias del planeta y son responsables de la regulación de muchos aspectos del metabolismo fisiológico, conductual y funciones de los organismos.
El equipo de Silver empleó esta metodología para trasplantar con éxito un ritmo circadiano en la especie bacteriana de 'E. Coli', que es ampliamente utilizada como un "caballo de batalla" de especies celulares por los biólogos debido a lo bien que se entiende y la facilidad con la que puede ser genéticamente alterada.
La 'E. Coli' diseñada genéticamente con ritmo circadiano por Silver podría algún día ser utilizada en las píldoras de probióticos como una manera de controlar la microbiota intestinal, que es el conjunto colectivo y diverso de especies de bacterias que prosperan en el tracto gastrointestinal humano y contribuyen a muchos factores de salud diferentes.
Para crear un ritmo circadiano en 'E. Coli', se retiró de forma modular el circuito de la proteína responsable de regular las oscilaciones circadianas a partir de las cianobacterias, una especie de bacterias fotosintéticas que son las únicas bacterias que se sabe que contienen de forma natural un ritmo circadiano.
Entonces, se trasplantó el circuito de la proteína en 'E. Coli', donde puede conectarse a componentes de expresión de genes adicionales para potencialmente influir en las funciones metabólicas y conductuales en una relación programable para el ciclo de día-noche. En las 'E. Coli' experimentales, se vinculó el circuito a proteínas fluorescentes que se iluminaban cada vez que se desencadenaban las oscilaciones circadianas, haciendo que la 'E. Coli' brillara rítmicamente en una confirmación visual impresionante del éxito del trasplante.
"La mejor aplicación soñada sería administrar estas 'E. Coli' circadianas a un individuo en forma de pastilla, permitiendo que el ritmo circadiano se vincule a circuitos biológicos adicionales con el fin de realizar un oportuno suministro de medicamentos con precisión o poder detectar e influir en el ritmo circadiano del huésped", subraya la autora del estudio, Anna Chen, estudiante graduado de Biología de Sistemas en el Instituto Wyss y la Escuela de Medicina de Harvard.
Se ha demostrado que el ritmo circadiano humano impacta en el metabolismo, de forma que cuando se perturba puede contribuir a la obesidad y la intolerancia a la glucosa. Muchos fármacos, incluyendo los utilizados comúnmente para tratar varios tipos de cáncer, han mostrado variar en su eficacia según la hora del día y el punto en el ciclo circadiano de un paciente en el que se administran.
Usando la 'E. Coli' circadiana, las estrategias terapéuticas para influir en el ritmo circadiano de un paciente o programar medicamentos para liberar internamente en un punto específico en el ritmo circadiano del paciente podrían avivar los tratamientos para el cáncer y enfermedades metabólicas, entre otras aplicaciones clínicas.
Incluso, aunque el trastorno conocido como 'jet-lag', que es causado cuando se interrumpe el reloj del cuerpo de una persona por la rapidez del transporte aéreo, podría algún día combatirse mediante 'E. Coli' circadiana que podría aprovecharse para reprogramar y ajustar el ritmo circadiano del cuerpo para que coincida con el ciclo día-noche del destino del viaje.
"Lo que es realmente sorprendente es que hemos demostrado la modularidad de los sistemas biológicos. Este hallazgo va más allá del transplantabilidad de un ritmo circadiano para abrir nuevas puertas a la comprensión de cómo otros circuitos biológicos modulares pueden ser trasplantados de una especie a otra", afirma Silver.
"El ritmo circadiano tiene un enorme impacto en nuestra salud y cómo respondemos a nuestro medio ambiente, por lo que la oportunidad de aprovechar esos controles, utilizando la ingeniería del genoma para volver a cablear circuitos genéticos, abre un camino nuevo y emocionante para el tratamiento de la enfermedad y la regulación de una amplia gama de comportamientos fisiológicos", concluye el director del Instituto Wyss, Donald Ingber, también profesor de Biología Vascular en la Escuela de Medicina de Harvard y el Hospital de Niños de Boston y profesor de Bioingeniería de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard.
