Descubren que las células, que no tienen cerebro, son capaces de aprender de su entorno

Un equipo de investigadores del Centro de Regulación Genómica (GRC) en Barcelona y de la Facultad de Medicina de la Universidad de Harvard, en Boston, acaba de hacer un hallazgo sorprendente: los organismos vivos más simples, como las células individuales de nuestro cuerpo o las bacterias, son capaces de aprender, algo que hasta ahora se consideraba exclusivo de humanos y animales dotados de sistemas nerviosos y cerebros complejos. El descubrimiento, recién publicado en ‘Current Biology’, cambiará para siempre la forma en que vemos a estas pequeñas unidades fundamentales de la vida.Un perro aprende a sentarse cuando se le ordena, una persona escucha y eventualmente desconecta el zumbido de una lavadora mientras lee… La capacidad de aprender y adaptarse resulta fundamental para la evolución y, de hecho, para la supervivencia. Y ahora las células, aunque de forma más simple, demuestran que también son capaces de hacer ambas cosas.«En lugar de seguir instrucciones genéticas preprogramadas -asegura Jeremy Gunawardena, de la Universidad de Harvard y codirector del estudio-, las células se elevan a entidades equipadas con una forma muy básica de toma de decisiones basada en el aprendizaje de su entorno».Noticia Relacionada estandar No Guadalupe Sabio, bioquímica: «La obesidad es una enfermedad. Hay que dejar de culpar al paciente» Judith de jorgeLa importancia de la habituaciónLos investigadores centraron su análisis en la llamada ‘habituación’, una de las formas más primitivas de aprendizaje y que es el proceso por el que un organismo deja gradualmente de responder a un estímulo repetido. Es por eso, por ejemplo, que los humanos dejamos de notar el tictac del reloj, o terminamos por distraernos menos con la luz intermitente del árbol de Navidad. Hasta hace poco, la habituación, se consideraba exclusiva de organismos complejos dotados de cerebro y sistema nervioso, desde gusanos a insectos, aves y mamíferos. Y la cuestión de si el mismo tipo de comportamiento se da también a escala celular es, desde hace décadas, motivo de controversia científica.Los experimentos de principios del siglo XX con el ciliado unicelular Stentor roeselii, por ejemplo, arrojaron por primera vez luz sobre un comportamiento que se parecía al aprendizaje, pero en aquél momento esos estudios fueron descartados. Más tarde, ya en las décadas de 1970 y 1980, se encontraron signos de habituación en otros ciliados, y desde entonces experimentos cada vez más modernos han ido añadiendo peso a la teoría. Más recientemente, un trabajo anterior del propio Gunawardena ya descubrió que un ciliado unicelular mostraba un comportamiento de evitación, similar a las acciones observadas en animales que se encuentran con estímulos desagradables.«Estas criaturas -asegura Rosa Martínez, codirectora del estudio e investigadora del Centro de Regulación Genómica (CRG) de Barcelona- son muy diferentes de los animales con cerebro. Y si aprenden significa que utilizan redes moleculares internas que de alguna manera realizan funciones similares a las que llevan a cabo las redes de neuronas en el cerebro. Nadie sabe cómo son capaces de hacer esto, así que pensamos que es una cuestión que había que explorar».Ahora, el nuevo estudio ofrece, por primera vez, evidencia convincente de que incluso pequeñas criaturas unicelulares como los ciliados y las amebas, así como las células de nuestro propio cuerpo, exhiben una habituación similar a la que se observa en los organismos más complejos. Es decir, que las células individuales son capaces de comportamientos mucho más sofisticados de lo que se pensaba hasta ahora. «Este hallazgo -dice Gunawardena- nos abre un nuevo y apasionante misterio: ¿cómo pueden manejar las células sin cerebro algo tan complejo?».Funcionamiento celularLas células dependen de reacciones bioquímicas como medio para procesar información. Por ejemplo, la adición o eliminación de fosfato de la superficie de una proteína hace que ésta se active o desactive. Para rastrear cómo las células procesan la información, en lugar de trabajar con células en placas de laboratorio los investigadores utilizaron simulaciones por computadora basadas en ecuaciones matemáticas para monitorear estas reacciones y decodificar el ‘lenguaje’ de la célula. Lo cual les permitió ver cómo cambiaban las reacciones químicas dentro de las propias células cuando eran expuestas al mismo estímulo una y otra vez.En concreto, el estudio analizó dos circuitos moleculares comunes: los bucles de retroalimentación negativa y los bucles de retroalimentación incoherentes. En el primer caso, el resultado de un proceso inhibe su propia producción, como un termostato que apaga un calentador cuando una habitación alcanza una determinada temperatura. En el segundo, una señal activa simultáneamente tanto un proceso como a su inhibidor, como una luz activada por movimiento con un temporizador. Después de detectar movimiento, la luz se apaga automáticamente tras un cierto período de tiempo.Las simulaciones realizadas sugieren que las células utilizan una combinación de al menos dos de estos circuitos moleculares para ajustar su respuesta a un estímulo y reproducir todas las características distintivas de habituación observadas en formas de vida más complejas. Uno de los hallazgos clave es la necesidad de una ‘separación de escalas de tiempo’ en el comportamiento de los circuitos moleculares, donde algunas reacciones ocurren mucho más rápido que otras.«Creemos que esto podría ser un tipo de ‘memoria’ a nivel celular -dice Rosa Martínez -, que permite a las células reaccionar inmediatamente e influir en una respuesta futura».Posibles aplicaciones prácticasSegún los investigadores, estudiar la habituación en células individuales podría ayudar a impulsar la comprensión de cómo funciona el aprendizaje en general. Los hallazgos también colocan a las humildes criaturas unicelulares bajo una nueva y tentadora luz: no son meras máquinas moleculares empaquetadas en cuerpos microscópicos, sino que tienen la capacidad de aprender.En cuanto a posibles aplicaciones prácticas de este descubrimiento, es pronto para decirlo, pero una atrevida idea (por ahora irrealizable), sería aplicar el concepto de habituación a la lucha contra el cáncer. Los tumores, de hecho, son muy buenos a la hora de evitar la vigilancia del sistema inmune porque engañan a las células ‘defensoras’ para que los vean como espectadores inocentes. En otras palabras, las células inmunitarias responsables de reconocer el cáncer pueden acostumbrarse de alguna manera a la presencia de una célula cancerosa, dejando de responder a él.MÁS INFORMACIÓN noticia Si Cajal y Golgi, los científicos que se echaron las neuronas ‘a la cabeza’ noticia Si Tres ‘monstruos rojos’ en el Universo desconciertan a los astrónomos«Si supiéramos cómo se codifican estas percepciones falsas en las células inmunitarias -dice Gunawardena-, podríamos rediseñarlas para que empiecen a percibir su entorno correctamente, vean al tumor como algo maligno y se pongan a trabajar. Es una fantasía en este momento, pero es una dirección que me encantaría explorar en el futuro». Un equipo de investigadores del Centro de Regulación Genómica (GRC) en Barcelona y de la Facultad de Medicina de la Universidad de Harvard, en Boston, acaba de hacer un hallazgo sorprendente: los organismos vivos más simples, como las células individuales de nuestro cuerpo o las bacterias, son capaces de aprender, algo que hasta ahora se consideraba exclusivo de humanos y animales dotados de sistemas nerviosos y cerebros complejos. El descubrimiento, recién publicado en ‘Current Biology’, cambiará para siempre la forma en que vemos a estas pequeñas unidades fundamentales de la vida.Un perro aprende a sentarse cuando se le ordena, una persona escucha y eventualmente desconecta el zumbido de una lavadora mientras lee… La capacidad de aprender y adaptarse resulta fundamental para la evolución y, de hecho, para la supervivencia. Y ahora las células, aunque de forma más simple, demuestran que también son capaces de hacer ambas cosas.«En lugar de seguir instrucciones genéticas preprogramadas -asegura Jeremy Gunawardena, de la Universidad de Harvard y codirector del estudio-, las células se elevan a entidades equipadas con una forma muy básica de toma de decisiones basada en el aprendizaje de su entorno».Noticia Relacionada estandar No Guadalupe Sabio, bioquímica: «La obesidad es una enfermedad. Hay que dejar de culpar al paciente» Judith de jorgeLa importancia de la habituaciónLos investigadores centraron su análisis en la llamada ‘habituación’, una de las formas más primitivas de aprendizaje y que es el proceso por el que un organismo deja gradualmente de responder a un estímulo repetido. Es por eso, por ejemplo, que los humanos dejamos de notar el tictac del reloj, o terminamos por distraernos menos con la luz intermitente del árbol de Navidad. Hasta hace poco, la habituación, se consideraba exclusiva de organismos complejos dotados de cerebro y sistema nervioso, desde gusanos a insectos, aves y mamíferos. Y la cuestión de si el mismo tipo de comportamiento se da también a escala celular es, desde hace décadas, motivo de controversia científica.Los experimentos de principios del siglo XX con el ciliado unicelular Stentor roeselii, por ejemplo, arrojaron por primera vez luz sobre un comportamiento que se parecía al aprendizaje, pero en aquél momento esos estudios fueron descartados. Más tarde, ya en las décadas de 1970 y 1980, se encontraron signos de habituación en otros ciliados, y desde entonces experimentos cada vez más modernos han ido añadiendo peso a la teoría. Más recientemente, un trabajo anterior del propio Gunawardena ya descubrió que un ciliado unicelular mostraba un comportamiento de evitación, similar a las acciones observadas en animales que se encuentran con estímulos desagradables.«Estas criaturas -asegura Rosa Martínez, codirectora del estudio e investigadora del Centro de Regulación Genómica (CRG) de Barcelona- son muy diferentes de los animales con cerebro. Y si aprenden significa que utilizan redes moleculares internas que de alguna manera realizan funciones similares a las que llevan a cabo las redes de neuronas en el cerebro. Nadie sabe cómo son capaces de hacer esto, así que pensamos que es una cuestión que había que explorar».Ahora, el nuevo estudio ofrece, por primera vez, evidencia convincente de que incluso pequeñas criaturas unicelulares como los ciliados y las amebas, así como las células de nuestro propio cuerpo, exhiben una habituación similar a la que se observa en los organismos más complejos. Es decir, que las células individuales son capaces de comportamientos mucho más sofisticados de lo que se pensaba hasta ahora. «Este hallazgo -dice Gunawardena- nos abre un nuevo y apasionante misterio: ¿cómo pueden manejar las células sin cerebro algo tan complejo?».Funcionamiento celularLas células dependen de reacciones bioquímicas como medio para procesar información. Por ejemplo, la adición o eliminación de fosfato de la superficie de una proteína hace que ésta se active o desactive. Para rastrear cómo las células procesan la información, en lugar de trabajar con células en placas de laboratorio los investigadores utilizaron simulaciones por computadora basadas en ecuaciones matemáticas para monitorear estas reacciones y decodificar el ‘lenguaje’ de la célula. Lo cual les permitió ver cómo cambiaban las reacciones químicas dentro de las propias células cuando eran expuestas al mismo estímulo una y otra vez.En concreto, el estudio analizó dos circuitos moleculares comunes: los bucles de retroalimentación negativa y los bucles de retroalimentación incoherentes. En el primer caso, el resultado de un proceso inhibe su propia producción, como un termostato que apaga un calentador cuando una habitación alcanza una determinada temperatura. En el segundo, una señal activa simultáneamente tanto un proceso como a su inhibidor, como una luz activada por movimiento con un temporizador. Después de detectar movimiento, la luz se apaga automáticamente tras un cierto período de tiempo.Las simulaciones realizadas sugieren que las células utilizan una combinación de al menos dos de estos circuitos moleculares para ajustar su respuesta a un estímulo y reproducir todas las características distintivas de habituación observadas en formas de vida más complejas. Uno de los hallazgos clave es la necesidad de una ‘separación de escalas de tiempo’ en el comportamiento de los circuitos moleculares, donde algunas reacciones ocurren mucho más rápido que otras.«Creemos que esto podría ser un tipo de ‘memoria’ a nivel celular -dice Rosa Martínez -, que permite a las células reaccionar inmediatamente e influir en una respuesta futura».Posibles aplicaciones prácticasSegún los investigadores, estudiar la habituación en células individuales podría ayudar a impulsar la comprensión de cómo funciona el aprendizaje en general. Los hallazgos también colocan a las humildes criaturas unicelulares bajo una nueva y tentadora luz: no son meras máquinas moleculares empaquetadas en cuerpos microscópicos, sino que tienen la capacidad de aprender.En cuanto a posibles aplicaciones prácticas de este descubrimiento, es pronto para decirlo, pero una atrevida idea (por ahora irrealizable), sería aplicar el concepto de habituación a la lucha contra el cáncer. Los tumores, de hecho, son muy buenos a la hora de evitar la vigilancia del sistema inmune porque engañan a las células ‘defensoras’ para que los vean como espectadores inocentes. En otras palabras, las células inmunitarias responsables de reconocer el cáncer pueden acostumbrarse de alguna manera a la presencia de una célula cancerosa, dejando de responder a él.MÁS INFORMACIÓN noticia Si Cajal y Golgi, los científicos que se echaron las neuronas ‘a la cabeza’ noticia Si Tres ‘monstruos rojos’ en el Universo desconciertan a los astrónomos«Si supiéramos cómo se codifican estas percepciones falsas en las células inmunitarias -dice Gunawardena-, podríamos rediseñarlas para que empiecen a percibir su entorno correctamente, vean al tumor como algo maligno y se pongan a trabajar. Es una fantasía en este momento, pero es una dirección que me encantaría explorar en el futuro».  

Exhiben una forma simple de aprendizaje, la habituación, que hasta ahora se consideraba exclusiva de humanos y animales dotados de sistemas nerviosos y cerebros complejos

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