Redes Moleculares q-bio.MN

Cada mañana la ciudad despierta y empieza a repararse a sí misma: los obreros cambian el asfalto, los pintores pintan las fachadas, los barrenderos recogen la basura. La piel puede imaginarse como una ciudad así, donde las células obreras renuevan constantemente calles y edificios.

Las proteínas en una célula se comunican como las personas en una gran ciudad: unas transmiten señales, otras las frenan, y otras simplemente están cerca. Una red neuronal de grafos ve el mapa de estas conexiones —quién está conectado con quién—, pero para ella son solo líneas.

Las levaduras que hornean el pan saben engañar al tiempo. Sus células sexuales nacen con la dotación completa de divisiones, incluso si la célula parental ya ha envejecido. Pero cómo hace exactamente la célula para deshacerse del daño acumulado siguió siendo un enigma durante mucho tiempo: medir la edad de cientos de gametos a mano era demasiado laborioso.

La contracción muscular está asegurada por dos tipos de filamentos proteicos: los filamentos delgados de actina (de carbono) y los filamentos gruesos de miosina, que actúan como motores moleculares. En reposo, una proteína de seguridad especial, la tropomiosina, bloquea los sitios de unión de la miosina en la actina.

Un amplificador molecular es como un pestillo en una puerta: una señal débil abre el paso a una fuerte. En las células vivas, estos amplificadores trabajan constantemente, pero casi siempre gastan combustible. ¿Se puede amplificar una señal sin consumir energía?

En un automóvil, la dirección, los frenos y el acelerador fallan gradualmente. Al principio aún se puede esquivar un bache, pero cada año la maniobra exige más esfuerzo. Llega un momento en que incluso una carretera perfecta se vuelve insuperable: el coche ya no obedece al conductor.

A partir de carbono, nitrógeno, oxígeno y azufre se pueden formar 10⁶⁰ moléculas pequeñas distintas: un 1 seguido de 60 ceros, más que estrellas en el universo observable. La vida solo utiliza una diminuta parte de este menú, pero no de cualquier manera.

Compras una báscula de cocina nueva, pero en lugar de mostrar el peso exacto, solo indica la desviación respecto a una "norma". Para saber cuánto pesa una manzana, primero tienes que pesar decenas de otras manzanas y calcular el promedio.

En 1943, Erwin Schrödinger dio en Dublín una conferencia que más tarde se convertiría en el libro «¿Qué es la vida?». El físico, que había huido de los nazis, planteó una pregunta que entonces parecía casi indecorosa: ¿se puede explicar lo vivo con las leyes de la física? Supuso que la herencia se guardaba en un «cristal aperiódico», diez años antes del descubrimiento de la doble hélice del ADN.

Dentro de cada célula opera una compleja red de genes que determina en qué se convertirá: neurona, célula muscular o parte de la piel. Esta elección a menudo se asemeja al accionamiento de un interruptor: dos posiciones estables, y la célula decide hacia qué lado inclinarse.

En el desarrollo embrionario, la célula se asemeja a un músico en una gran orquesta: debe tocar su parte guiándose por el director, el gradiente de moléculas señalizadoras. Pero el director no es fiable: la concentración de morfógenos fluctúa constantemente. ¿Cómo es que el violonchelista no se equivoca y toca la melodía del violín?

Un libro de cocina sin lista de ingredientes: eso es lo que enfrenta un científico al ver un esquema de reacciones químicas. Las flechas y fórmulas en el papel se ven ordenadas, pero en cuanto empiezas a buscar en el laboratorio moléculas que se comporten exactamente así, comienza una verdadera aventura.

Imagina un taller donde se fabrica pintura luminosa. Un operario toma la materia prima, añade el pigmento necesario y la pintura está lista. Junto a él hay un inspector que envía parte de la pintura a otro almacén y vierte el resto en los desechos. Así, las células de un tumor cerebral producen por sí mismas la sustancia que las hace brillar bajo la luz azul del cirujano.

Cuando un anticuerpo encuentra un virus, no se aferra a él con un único agarre mortal. Más bien, se parece a dos racimos de uvas que ruedan en el agua y se enganchan entre sí con decenas de zarcillos cortos. Cada zarcillo por sí solo es débil: se rompe fácilmente por el temblor térmico de las moléculas de agua, pero juntos sujetan con firmeza.

Si giras lentamente el dial de una radio antigua, el sonido no emerge del ruido de forma gradual, sino con un salto brusco, en el instante en que la antena entra en resonancia con la onda. Algo parecido ocurre con los genes en una célula viva.

En la pared de cada arteria se celebra un concierto continuo. Las células musculares lisas, que revisten el vaso por dentro, construyen a la vez un armazón de sostén de colágeno, reorganizan su propio esqueleto interno y obtienen energía de la glucosa. Quien dirige esta orquesta es la proteína NOTCH3, que se asienta en la superficie de la célula y capta las señales de sus vecinas.

Cada división celular acorta los capuchones protectores de los extremos de los cromosomas, los telómeros. Cuando esos capuchones se vuelven demasiado cortos, la célula deja de dividirse.

Un ratón viejo aguanta colgado de un alambre dos tercios más de tiempo que otro de su misma edad, y después de correr en la cinta no se desploma de agotamiento. La diferencia no está en el entrenamiento ni en la dieta: a los ratones les suprimieron una única molécula, y sus músculos funcionaron como en la juventud.

En la orquesta de la célula hay un afinador que apaga con demasiado empeño una nota importante. Esa nota es una marca química sobre la proteína que empaqueta el ADN, y cuando desaparece, la célula empieza a desafinar: repara peor sus genes y envejece más rápido. En la progeria de Hutchinson-Gilford, una rara enfermedad de envejecimiento acelerado, las células de los vasos sanguíneos pierden justamente esa marca.

El arquitecto refuerza los cimientos, pero deja una puerta para la reforma: así equilibran los sistemas vivos la fiabilidad y la renovación. La célula copia la información hereditaria con una precisión que ya la quisiera cualquier copista, y aun así es capaz de permitir cambios que ayudan a sobrevivir en condiciones nuevas.

Imagínese que cada análisis de sangre es un punto en un gran mapa. Si colocamos en él miles de esos puntos, no se dispersarán al azar, sino que se alinearán a lo largo de dos caminos principales. Un camino separa a los hombres de las mujeres; el otro se extiende desde la juventud hasta la vejez. Por esos caminos se puede ver cómo una persona crece, vive y envejece.

El tejido humano se parece a una ciudad: manzanas densas de células especializadas, calles de vasos sanguíneos, plazas de unidades funcionales. Con la edad, esa ciudad se remodela. Los investigadores del proyecto GTEx estudiaron 14 788 cortes de tejidos de 980 donantes y segmentaron 3,5 mil millones de células en 16 órganos para ver cómo cambia esa arquitectura.

En una casa vieja suele haber un armario cerrado con herramientas: todo está en su sitio, pero nadie arregla nada. Algo parecido ocurre con las células que envejecen. En ellas se acumula la enzima NAMPT, que pone en marcha la producción de la molécula NAD+, una especie de combustible para los procesos celulares. Pero en las células viejas el combustible se consume despacio y la enzima se queda sin hacer nada.

Cinco caminos distintos llevan a una misma meta: una vida larga. Unos ratones recibían fármacos, otros comían un 40% menos de lo habitual. A los ocho meses se les tomaron siete tejidos: cerebro, hígado, músculo, riñón, grasa y sangre. Cada tejido es un testigo aparte, que ve lo que ocurre desde su propio lado.