Hallan nuevos 'órganos' en las células

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VALERIA ATZIYADE RAMIREZ CRUZ

Piense en esa clase de introducción a la biología que tomó en el instituto. Probablemente aprendió sobre los organelos, esos pequeños órganos dentro de las células que forman compartimentos con funciones específicas. Por ejemplo, las mitocondrias producen energía, los lisosomas reciclan los desechos y el núcleo almacena el ADN. Aunque cada orgánulo tiene una función diferente, se parecen en que cada uno está envuelto en una membrana.

Los orgánulos unidos a membranas eran la norma en los libros de texto y explicaban cómo los científicos pensaban que se organizaban las células. Esta idea duró hasta que a mediados de la década de 2000 se dieron cuenta de que algunos orgánulos no necesitan estar envueltos en una membrana. Desde entonces, los investigadores han descubierto muchos orgánulos sin membrana adicionales que han cambiado significativamente la forma en que los biólogos piensan sobre la química y los orígenes de la vida.

Conocí los orgánulos sin membrana, formalmente llamados condensados ​​biomoleculares, hace un par de años, cuando los estudiantes en mi laboratorio observaron algunas manchas inusuales en el núcleo de una célula. Sin que yo lo supiera, en realidad llevábamos años estudiando condensados ​​biomoleculares y lo que vi en esas manchas me abrió los ojos a un mundo completamente nuevo en la biología celular.

Como una lámpara de lava

Para tener una idea de cómo se ve un condensado biomolecular, imagine una lámpara de lava en cuyo interior las gotas de cera se fusionan, se rompen y se fusionan nuevamente. Los condensados se forman de la misma manera, aunque no estén hechos de cera. En cambio, un grupo de proteínas y material genético, específicamente moléculas de ARN, en una célula se condensa en gotitas parecidas a un gel.

Algunas proteínas y ARN hacen esto porque interactúan preferentemente entre sí en lugar de con el entorno que los rodea, de forma muy parecida a cómo las gotas de cera en una lámpara de lava se mezclan entre sí, pero no con el líquido circundante. Estos condensados ​​crean un nuevo microambiente que atrae proteínas y moléculas de ARN adicionales, formando así un compartimento bioquímico único dentro de las células.

A partir de 2022, los investigadores han encontrado aproximadamente 30 tipos de estos condensados ​​biomoleculares sin membrana. En comparación, se conocen alrededor de una docena de orgánulos tradicionales unidos a membranas.

Aunque es fácil de identificar una vez que se sabe lo que se busca, es difícil determinar qué hacen exactamente los condensados ​​biomoleculares. Algunos tienen roles bien definidos, como formar células reproductivas, gránulos de estrés y ribosomas productores de proteínas. Sin embargo, muchos otros no tienen funciones claras.

Los orgánulos no unidos a membranas podrían tener funciones más numerosas y diversas que sus homólogos unidos a membranas. Aprender sobre estas funciones desconocidas está afectando el entendimiento fundamental de los científicos sobre cómo funcionan las células.
Estructura y función de las proteínas.

Los condensados ​​biomoleculares están rompiendo algunas creencias arraigadas sobre la química de las proteínas.

Desde que los científicos observaron bien por primera vez la estructura de la proteína mioglobina en la década de 1950, quedó claro que su estructura es importante por su capacidad para transportar oxígeno a los músculos. Desde entonces, el mantra de los bioquímicos ha sido que la estructura de las proteínas es igual a la función de las proteínas. Básicamente, las proteínas tienen ciertas formas que les permiten realizar su trabajo.

Las proteínas que forman condensados ​​biomoleculares rompen parcialmente esta regla, ya que contienen regiones desordenadas, es decir, no tienen formas definidas. Cuando los investigadores descubrieron estos llamados proteínas intrínsecamente desordenadas o IDP, a principios de la década de 1980, inicialmente se sintieron desconcertados por el hecho de que estas proteínas podrían carecer de una estructura fuerte, pero aun así realizar funciones específicas.

Más tarde, descubrieron que los IDP tienden a formar condensados. Como suele ser el caso en la ciencia, este hallazgo resolvió un misterio sobre las funciones que desempeñan estas proteínas rebeldes no estructuradas en la célula, solo para abrir otra pregunta más profunda sobre qué son realmente los condensados ​​biomoleculares.

Células bacterianas

Los investigadores también han detectado condensados ​​biomoleculares en procarióticos, células o bacterianas, que tradicionalmente se definían como que no contenían orgánulos. Este hallazgo podría tener efectos profundos en la forma en que los científicos entienden la biología de las células procarióticas.

Solo cerca el 6% de las proteínas bacterianas tienen regiones desordenadas que carecen de estructura, en comparación con el 30% al 40% de las proteínas eucariotas o no bacterianas. Pero los científicos han encontrado varios condensados ​​biomoleculares en células procarióticas que participan en una variedad de funciones celulares, incluyendo hacer y descomponer el ARN.

La presencia de condensados ​​biomoleculares en las células bacterianas significa que estos microbios no son simples bolsas de proteínas y ácidos nucleicos, sino que en realidad son más complejos de lo que se pensaba anteriormente.

Orígenes de la vida

Los condensados ​​biomoleculares también están cambiando la forma en que los científicos piensan sobre los orígenes de la vida en la Tierra.

Existe amplia evidencia de que los nucleótidos, los componentes básicos del ARN y el ADN, pueden fabricarse de manera muy plausible a partir de sustancias químicas comunes, como cianuro de hidrógeno y agua, en presencia de fuentes de energía comunes, como luz ultravioleta o altas temperaturas, o en minerales universalmente comunes, como la sílice y la arcilla de hierro.

También hay evidencia de que los nucleótidos individuales pueden espontáneamente ensamblar en cadenas para producir ARN. Este es un paso crucial en la hipótesis del mundo del ARN, que postula que las primeras ‘formas de vida’ en la Tierra fueron hebras de ARN.

Una pregunta importante es cómo estas moléculas de ARN podrían haber desarrollado mecanismos para replicarse y organizarse en una protocélula. Debido a que toda la vida conocida está encerrada en membranas, los investigadores que estudian el origen de la vida han asumido en su mayoría que las membranas también necesitarían encapsular estos ARN. Esto requeriría sintetizar los lípidos o grasas que forman las membranas. Sin embargo, los materiales necesarios para producir lípidos probablemente no estaban presentes en la Tierra primitiva.

Con el descubrimiento de que el ARN puede formar espontáneamente condensados ​​biomoleculares., los lípidos no serían necesarios para formar protocélulas. Si los ARN fueron capaces de agregarse por sí solos en condensados ​​biomoleculares, resulta aún más plausible que las moléculas vivas surgieran de sustancias químicas no vivas en la Tierra.

Nuevos tratamientos

Para mí y para otros científicos que estudian los condensados ​​biomoleculares, es emocionante soñar con cómo estas entidades que transgreden la norma cambiarán nuestra perspectiva sobre cómo funciona la biología. Los condensados ​​ya están cambiando nuestra manera de pensar en las enfermedades humanas como el Alzheimer, el Huntington y el Lou Gehrig.

Con este fin, los investigadores están desarrollando varios enfoques nuevos para manipular condensados ​​con fines médicos, como nuevos medicamentos que pueden promover o disolver los condensados. Queda por determinar si este nuevo enfoque para el tratamiento de enfermedades dará frutos.

A largo plazo, no me sorprendería que a cada condensado biomolecular se le asigne una función particular. Si esto sucede, puede apostar que los estudiantes de biología de secundaria tendrán aún más cosas que aprender (o de las que quejarse) en sus clases de introducción a la biología.