¿Cómo eligen las células su destino en nuestro cuerpo?

Un grupo de investigadores españoles ofrece nuevos descubrimientos sobre el proceso de división de nuestras células y cómo eligen su función vital en nuestro cuerpo.

Por Cristina Crespo Garay
Publicado 26 ene 2022, 10:12 CET, Actualizado 26 ene 2022, 11:25 CET
División celular
En 1979, unos investigadores cultivaron células extraídas de la arteria pulmonar de una vaca joven y crearon una línea celular que se usa para estudiar las enfermedades cardíacas. Esta imagen —sacada por Jason Kirk, del Baylor College of Medicine— captura la división de dos de esta células.
Fotografía de Jason M. Kirk, Baylor College of Medicine, Optical Imaging and Vital Microscopy Core

Cuando da comienzo nuestra formación como seres vivos, empezamos siendo una única célula que va dando lugar poco a poco a las millones de células que forman nuestro cuerpo. Lo curioso de este proceso magistral de la madre naturaleza es que, aunque todas nuestras células tienen exactamente la misma información genética, cada tipo se especializa en una función dentro de nuestro cuerpo.

Así, encontramos que las células neuronales gobiernan nuestros movimientos, comportamientos y pensamientos, mientras la piel ocupa su función protectora y las células inmunitarias aprenden a combatir las enfermedades.

“El cáncer es a menudo el resultado de mutaciones en el ADN o problemas en la división de las células”

por Cristina Pujades
Universidad Pompeu Fabra

A pesar de las múltiples diferencias, todos estos tipos de célula tienen un origen común llamada las células madre pluripotentes. Estas células madre son, según los investigadores de la Universidad Pompeu Fabra, “como una pizarra en blanco que puede convertirse en cualquier tipo de célula, del mismo modo que un niño se convierte en adulto y elige una carrera y un camino en la vida”.

(Relacionado: ¿Para qué sirven las células madre?)

Un nuevo estudio publicado en la revista Science y realizado en colaboración con Jordi Garcia Ojalvo, catedrático de biología de sistemas de la Universidad Pompeu Fabra, ha creado un pequeño circuito genético artificial que demuestra “cómo un conjunto relativamente pequeño de componentes e interacciones entre proteínas es suficiente para establecer y controlar una gran cantidad de estados celulares”, afirma el estudio.

Diseñando células

En este proceso, la elección de las funciones depende de la acción coordinada de nuestro genoma, es decir, de los llamados circuitos genéticos. A través de una propiedad llamada multiestabilidad, el circuito - llamado MultiFate – ha permitido diseñar una sola célula viva que puede cambiar a diferentes estados donde es capaz de realizar una función distinta, como sucede en nuestros propios cuerpos.

"Este trabajo muestra cómo diseñar y construir circuitos sintéticos desde cero puede proporcionar información sobre fenómenos biológicos fundamentales”, dice García Ojalvo. Esta investigación “no solo ayuda a explicar cómo las células pueden tener tantos destinos, también podría proporcionar una base para extender terapias celulares, aprovechando múltiples tipos de células para realizar funciones terapéuticas más complejas que las células naturales podrían ofrecer", afirma Michael Elowitz, del Instituto Tecnológico de California en los EUA (Caltech) de Estados Unidos.

Circuitos genéticos

Los experimentos muestran que un circuito artificial de genes puede funcionar dentro de células cultivadas en el laboratorio sin interferir con los procesos celulares normales. Tal y como predijo el modelo matemático del equipo, este circuito permite que una célula exista en varios estados distintos - hasta siete estados en los experimentos realizados en este trabajo-. “Debido a que las células están encerradas en sus destinos, una célula pasa su destino (color) a sus células hijas a medida que crece y se divide”, explica el estudio.

Así se desarrolla la vida a partir de una sola célula
La vida comienza con una célula embrionaria, que se replica una y otra vez. Por primera vez, se ha creado un mapa de ruta que muestra cómo se desarrollan los organismos a partir de una sola célula. Se rastrearon cientos de miles de células en embriones de peces cebra y ranas durante 24 horas. El estudio ayuda a esclarecer cómo se convierten las células madre en células más especializadas y, finalmente, en criaturas complejas. Es una nueva vía para entender nuestros orígenes microscópicos y podría contribuir a entender mejor muchas enfermedades.

A diferencia de la gran dificultad para controlar los circuitos celulares naturales, los investigadores diseñaron MultiFate para poder hacer que la célula cambie entre los siete estados usando fármacos.

¿Y la división celular?

Otro de los procesos más críticos del crecimiento de los órganos y el funcionamiento de nuestro cuerpo es la división celular. Las células del cuerpo van creciendo a diferentes velocidades: algunas de ellas se dividen de forma constante – como las que recubren el intestino -, y otras se dividen solo de vez en cuando.

(Relacionado: Las células animales y su uso en tratamientos médicos)

La citotinesis, la división de una célula en dos, es un proceso fundamental para la biología, pero también para las enfermedades. Este crecimiento se inicia con el estrangulamiento de la célula madre por su centro, guiado por los filamentos que forman el esqueleto de la célula.

“Es como separar un chicle formando un fragmento largo y fino que acaba por romperse”, comenta Miguel A. Valverde, responsable del Laboratorio de Fisiología Molecular de la Universidad Pompeu Fabra y líder del proyecto que ha logrado descubrir cómo las células controlan “el corte final” durante esta división.

La asombrosa precisión de este proceso tiene un papel clave en todas las funciones vitales. “Este corte final es un paso crítico en la división celular”, afirma la investigadora Cristina Pujades, del grupo de Biología del Desarrollo de la Universidad Pompeu Fabra.

“No puede ocurrir demasiado pronto porque las células hijas podrían no recibir toda la información requerida, ni demasiado tarde porque las células hijas que se separan podrían fusionarse nuevamente en una sola célula, pero con dos núcleos, adquiriendo así un número incorrecto de cromosomas, lo que se conoce como aneuploidía, una característica significativa de numerosos tipos de cáncer”.

(Relacionado: Hallan la molécula responsable de expandir las células tumorales)

Durante el siglo XIX, los científicos descubrieron que las células se dividen, y desde entonces han tratado de desentrañar los mecanismos que operan en este proceso de alta precisión. Ahora, estos descubrimientos sientan las bases para comprender más sobre la vida celular, algo fundamental para el crecimiento y la renovación de nuestros órganos, y allana el camino para abordar la proliferación descontrolada de células cancerosas en tumores mediante la regulación genética o farmacológica.

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