CULTURA
Como una de las especies más antiguas sobre la Tierra, estos invertebrados crearon un sistema para prevalecer ante bacterias patógenas que podrían ser su alimento. Sus decisiones son adoptadas en función de la comunidad y de la supervivencia, explica investigadora del Centro Interdisciplinario de Neurociencia de la Universidad de Valparaíso. Especialista busca comprender cómo la microbiota –el conjunto de bacterias del organismo– juega un rol clave en múltiples aspectos fisiológicos y sociales de las especies.
Cientos de siglos de evolución permitieron a un tipo de gusano –el caenorhabditis elegans– desarrollar un mecanismo adaptativo para prevalecer ante las amenazas del entorno.
Estos invertebrados, que se alimentan de bacterias, crearon un sistema altamente inteligente para aprender de potenciales amenazas patogénicas, y transferir esta conducta, a través de los genes, a las nuevas generaciones.
Así lo explica Andrea Calixto, investigadora del Centro Interdisciplinario de Neurociencia de la Universidad de Valparaíso (CINV), quien indaga la relación que existe entre la microbiota –o el conjunto de bacterias del intestino– y la conducta de estos pequeños gusanos de no más de un milímetro de largo.
Este es un tipo de invertebrado de alto interés en la comunidad científica por sus implicancias fenotípicas y conductuales.
“Son capaces de aprender que la bacteria es un patógeno y, por lo tanto, eso le hace cambiar una conducta. Y esa conducta es aislarse de la amenaza, evitando la posibilidad de comérsela. Además, esa información la transfieren a sus progenies”.
“Es un mecanismo extremadamente inteligente que ayuda a preservar la vida de los hijos a partir de la experiencia que tuvieron los padres”, señala la neurocientífica.
La comprensión de este mecanismo adaptativo es parte de los estudios que Calixto lleva a cabo en su laboratorio en el Centro Interdisciplinario de Neurociencia. Las investigaciones, que se efectúan con financiamiento de la Iniciativa Científica Milenio, también contemplan colaboraciones internacionales con grupos de Alemania y Argentina.
El trabajo en animales invertebrados de Andrea Calixto apunta a comprender los mecanismos biológicos implícitos en la herencia transgeneracional, en particular la relación entre el microbioma y la conducta, que desde una perspectiva evolutiva, se define como el conjunto de acciones que distintas especies ejecutan en respuesta ante el ambiente que las rodea.
Las investigaciones –realizadas además en abejas y gusanos hermafroditas– proporcionan información útil para analizar el genoma de los organismos y cómo es posible heredar a través de moléculas comportamientos adaptativos. “Todo esto está determinado por el microbioma o el conjunto de bacterias que se localizan en los organismos vivos”, agrega la científica nacional.
Por su carácter bacterívoro, estos gusanos pueden enfermarse al comer bacterias patógenas, un fenómeno al que otras especies no son ajenas. En los estudios in vivo, de hecho, los investigadores del CINV utilizan bacterias que también son dañinas para los humanos. Sin embargo, los invertebrados son capaces de aprender que enfrentan una gran amenaza y grabar en su conducta una actitud de preservación.
“Ellos aprendieron, dado sus características olfativas y con su propia respuesta inmune ante la bacteria, que determinado microorganismo es un patógeno. Y eso los hace cambiar una conducta y aislarse, evitando volver a comerla. Se ha demostrado que esta conducta adaptativa puede ser transferida a la progenie”.
«Es una conducta extremadamente adaptativa, porque los hijos, sin necesidad de que experimenten el mismo trauma, pueden tomar una decisión más rápida y efectiva. Esto dura por varias generaciones, aún en ausencia de la bacteria patogénica. Es como transmitir una memoria del trauma, de manera que su progenie no tenga que enfrentarse al peligro de manera crónica para aprender”.
Este mecanismo adaptativo es clave para la supervivencia de la especie: les permite ahorrar tiempo y energía, pues no solo se transfiere la información relativa a la amenaza, sino también qué estrategia hay que implementar para resolver el desafío. Los gusanos fueron uno de los primeros organismos vivos en la faz de la Tierra, y han logrado desarrollar diversos sistemas defensivos para su preservación.
Recientemente, un trabajo publicado por la revista Nature proporcionó un nuevo antecedente respecto a cómo las bacterias pueden modelar las conductas de los seres vivos. El estudio, realizado por científicos de la Washington University, en Saint Louis, Estados Unidos, determinó que la microbiota facilita la identificación de los individuos de una comunidad a través de la síntesis de una feromona.
De manera similar, el laboratorio de Calixto busca explicar cómo operan estos mecanismos de herencia transgeneracional en gusanos, mediado por las bacterias de los organismos.
“Nuestro trabajo es descubrir los efectores o cuáles son las moléculas que hacen que esto ocurra. Este es un estudio aún en curso”, puntualiza la neurocientífica.
Aparentemente, un rol decisivo en el traspaso de información genética de la bacteria al gusano, y de este gusano a su comunidad, lo juegan un grupo de pequeñas moléculas de ácido ribunucleico (ARN). A través de ellas, la bacteria es capaz de gatillar una respuesta en el organismo. Se trata de unas moléculas con la capacidad de atravesar las membranas celulares de distintos organismos, un proceso que ocurre cuando el patógeno coloniza el intestino del gusano.
“Al estar juntos, comienzan a compartir material genético. La bacteria comparte al gusano ARNs específicos, una molécula que es capaz de viajar desde el intestino a distintos tejidos del cuerpo. Esto implica la amplificación del material genético y que después afecta la línea germinal, relacionada con la reproducción. Hoy estamos estudiando qué fenómenos ocurren, a partir de este intercambio, en distintas zonas del cuerpo”.
De esta manera, las células precursoras de las crías heredan ese material genético. Según la investigadora del CINV, lo que se observa en los gusanos es cómo un fenómeno iniciado por la bacteria permite transferir material genético al gusano para que este modifique su programa genético en pos de la supervivencia. Ese cambio se materializa en los tejidos germinales, y cuando los hijos aparecen, ya tienen esta información asimilada.
“Y esa información es relevante cuando emerge el próximo desafío, por eso se puede mantener en las nuevas generaciones. Al permear estos ARN pequeños en el organismo del hospedero, se producen cambios epigenéticos que no estaban en el ADN original y que tienen el potencial de heredarse. Lo que ahora buscamos comprender en los estudios en curso es cómo ocurre ese traspaso de información”.
El ARN es el material genético más antiguo. Su rol en la herencia transgeneracional esta relacionado con la evolución. Las especies adoptan nuevas conductas de manera azarosa: algunas funcionan y se perpetúan, mientras que otras se eliminan en el transcurso del tiempo. Fenómenos como el traspaso de información genética observado en invertebrados no son exclusivos de ningún animal, precisa Calixto.
Los mecanismos adaptativos también pueden ser asimilados a otras especies, entre ellos la humana, aunque por sus características fisiológicas, el estudio de Caenorhabditis elegans hace técnicamente posible analizarlo en transcurso de distintas generaciones. La herencia transgeneracional y el rol de las bacterias en la modelación de la conducta son dos campos en boga en la última década.
A diferencia de estos invertebrados, la conducta humana, agrega la investigadora del Instituto Milenio con sede en la Región de Valparaíso, es uno de los fenómenos más complejos de indagar, ya que sus decisiones colectivas no necesariamente tienen que ver con la preservación del entorno y con el beneficio comunitario.
“La primera pregunta que nos podemos hacer es por qué dañamos nuestro planeta si eso afecta la supervivencia. Los animales que uno estudia rara vez tienen estas conductas contradictorias, y sus decisiones son apropiadas para el entorno e intentan salvaguardar la vida de la comunidad. Ninguna decisión es tomada de manera individual. Ahí está la primera diferencia entre las especies que han estado más tiempo en la Tierra y nosotros”.
Calixto afirma que la herencia transgeneracional a través de las bacterias podría aportar respuestas a las interrogantes, ya que estos microorganismos, los más antiguos en la superficie terrestre, puedan tener interacciones similares casi con cualquier hospedero. Aún de forma incipiente, mecanismos de herencia conductual se han observado en fenómenos como el hambre o las enfermedades psiquiátricas en humanos.
En ratones, en tanto, existe evidencia de que los padres pueden igualmente transferir experiencia a través del material genético pese a no tener un rol protagónico en la crianza.
“Los resultados de estos estudios son de relevancia y extrapolables a otras especies, pues tratamos de entender los principios biológicos en estos modelos. Y estos se cumplen en todas las especies porque han sido transferidos durante la evolución, y no son exclusivos de un animal o bacteria en particular. Todos vamos conservando las mismas cosas”.
“De hecho, molecularmente los humanos somos muy parecidos a los gusanos. El estudio de todo lo vivo es relevante para entender nuestro comportamiento. Y allí es donde las bacterias pueden jugar un rol importante pues regulan no solo aspectos fenotípticos, sino múltiples ámbitos de nuestra conducta y vida”, concluye.
