Multicelularidad, cáncer y esponjas

Se ha obtenido la mejor secuenciación hasta el momento del genoma de la esponja marina Amphimedon queenslandica. El estudio proporciona pistas sobre el origen de la multicelularidad y el cáncer.

Nos podemos poner un traje de neopreno, una máscara de buceo, usar una botella de aire comprimido y colocarnos un regulador para bajar por el gran azul. Según bajemos y la presión aumente, la luz se tornará más azulada, los rojos y naranjas desaparecerán y el mundo de Neptuno se tornará casi monocromo. Entonces podremos usar un foco de luz blanca para iluminar el entorno. Súbitamente, como por arte de magia, aparecerá entonces un mundo bellamente coloreado, un mundo vibrante poblado de seres sorprendentes y maravillosos. Algunos de esos seres son esponjas, seres primitivos y estáticos sobre los que no nos dimos cuenta de que eran animales hasta el siglo XIX.
Si tenemos inquietudes científicas podemos recapacitar acerca de esos seres esponjosos y darnos cuenta de que nosotros y ellos (así como todos los animales) compartimos un antepasado común. Nuestra rama evolutiva ha sufrido muchos cambios desde hace 600 millones de años, pero la rama de las esponjas ha cambiado poco, está muy cerca de la base del árbol filogenético animal.
Conocer las esponjas a nivel genético es conocernos un poco mejor. Estudiar las esponjas es estudiar nuestro propio y ancestral origen. Incluso puede que nos ayude a entender enfermedades tan malditas como el cáncer y ver que es el subproducto de nuestra propia complejidad como seres multicelulares que somos.
Las esponjas son ahora el grupo animal más simple y antiguo en tener su genoma secuenciado gracias a los últimos estudios. Un artículo, sobre el análisis del genoma de la esponja, ha sido publicado en Nature sobre este tema recientemente.
Concretamente, Daniel Rokhsar de la Universidad de California en Berkeley y sus colaboradores han secuenciado el genoma* de la esponja Amphimedon queenslandica y han encontrando pistas sobre el origen de la multicelularidad y el cáncer. Como ya se había analizado el genoma de protozoos unicelulares evolutivamente emparentados con la esponja, el análisis del genoma de ésta última ha permitido colocar una pieza fundamental en el rompecabezas de la evolución animal.
El primer organismo multicelular del cual descienden todos los animales actuales probablemente era similar a las esponjas y había ya desarrollado un sistema de fertilización de huevos con esperma. No tenía ojos, ni sistema nervioso, pero en sus genes ya estaban los principios genéticos que permitieron la evolución y diversificación de todos los animales que vinieron después.
Según Rokhsar, uno de los participantes en esta investigación, la multicelularidad y el cáncer son caras de la misma moneda. Si eres una célula en un organismo multicelular tienes que cooperar con las otras células del cuerpo, asegurándote de que te divides justo cuando lo tienes que hacer. Los genes que regulan esta cooperación son además los mismos cuyo mal funcionamiento puede hacer que las células se comporten de un modo “egoísta” y crezcan incontroladamente en detrimento del organismo.
Podemos pensar que el cuerpo de los animales es un delicado equilibrio en una sociedad celular. Estas células viven en armonía hasta que algo les hace recordar su vida independiente, olvidan cooperar con las demás y se desarrollan en forma de cáncer. Cuanto más viva un animal más fácil será que desarrolle un cáncer, sobre todo en épocas posteriores a la reproducción, cuando la selección natural no puede filtrar este tipo de comportamiento.
Estos científicos bucearon entre los genes de la esponja en un viaje temporal de más de 600 millones de años para ver si encontraban los más de 100 genes que están implicados en el cáncer en humanos. Durante esa aventura de descubrimiento encontraron un 90% de ellos en el genoma de esta esponja. Futuras investigaciones mostrarán el papel que juegan estos genes en las esponjas y otros seres.
Usualmente se describe a las esponjas como animales simples comparados con los humanos, que son considerados mucho más complejos, pero cómo está codificada en los genes esta complejidad es todavía un misterio de la Biología moderna. Este estudio muestra que, mientras el genoma de la esponja contiene la mayoría de las familias de genes del genoma humano, el número de genes de cada familia ha cambiado en los últimos 600 millones de años. Analizando qué familias de genes han sido enriquecidas o empobrecidas con más o menos genes en diferentes grupos de animales, los científicos pueden identificar conjuntos de genes agrupados por su función que están asociados con la complejidad morfológica.
Concretamente, entre los 20.000 ó 30.000 genes de la esponja, este equipo de investigadores encontró 4670 familias de genes que son comunes a todos los animales. 1286 de ellos parecen tener la clave de la vida multicelular, pues no están en los seres unicelulares más cercanos evolutivamente: los coanoflagelados.
Este genoma apunta a la pregunta de en qué consiste ser un animal (o en qué consiste un ser humano). Aunque el esqueleto de esponja que podamos tener el cuarto de baño parezca simple, la verdad es que comparte con humanos y otros animales muchos de los caminos bioquímicos y de desarrollo, aunque halla ciertos componentes que nos están en las esponjas. En futuros trabajos se podrá estudiar qué ocurre si se añaden esos componentes genéticos a las esponjas o qué pasa si se eliminan en animales más complejos. Serán futuras aventuras científicas.
Algunos de esos componentes que no están en las esponjas tienen que ver con el ciclo celular, que es la serie de pasos que las células tienen que dar para dividirse. Algunos de esos genes generan enzimas (como CDK 4/6) que no están en las esponjas pero sí lo están en la anémona de mar, lo que hace preguntarse si la aparición de estas enzimas es la que permitió la evolución de los verdaderos animales (eumetazoos), al hacer que cambiara el ciclo celular de una manera fundamental. Los inhibidores de CDK 4/6 que detienen el ciclo celular se usan frecuentemente para tratar el cáncer de pecho.
Estos autores además han identificado en las esponjas los mismos genes que caracterizan a los demás animales: genes relacionados no solamente con la división celular y su crecimiento, sino además con la muerte programada de las células (que elimina las células que están en un lugar inadecuado o que no se comportan adecuadamente), con la adhesión entre células para formar tejidos, con las señales bioquímicas implicadas en el desarrollo, con el reconocimiento del propio cuerpo y genes responsables de la diferenciación celular. Todo ello pese a que las esponjas carecen de aparato digestivo, músculos o neuronas.
Un trabajo anterior, realizado por otro equipo de investigadores, ya encontró que están presentes en las esponjas muchos de los componentes genéticos que dan lugar a las sinapsis nerviosas, pese a que ésas no tienen sistema nervioso. Además se halló determinadas proteínas que contenían una “firma” o característica que indicaba que probablemente las células de las esponjas interactúan unas con otras de manera análoga a como lo hacen las neuronas.
Básicamente el antepasado común a las esponjas y el resto de los animales ya disponía de los bloques genéticos fundamentales para la multicelularidad que todavía se encuentran en el corazón genético de todos los animales, incluidos los humanos. La evolución de estos genes no solamente permitió a los primeros animales colonizar los mares primitivos, sino que permitieron la evolución de toda la diversidad animal que podemos ver hoy en día, desde el guepardo del Serengueti a los pingüinos de la Antártida. Por tanto, las innovaciones genéticas necesarias para la moderna vida animal hay que retrotraerlas en el tiempo mucho antes de lo que en un principio se había pensado, a un momento anterior a la famosa explosión del Cámbrico, quizás incluso en cientos de millones de años antes de ese suceso.
Lo que caracteriza el origen evolutivo de los animales es la habilidad de que células individuales asuman funciones especializadas y trabajen juntas por el beneficio de todo el organismo. La esponja representa una ventana al remoto evento que lo permitió. El genoma de las esponja revela que a lo largo del camino que dio lugar a la emergencia de los animales, genes que controlaban una red de muchas células especializadas evolucionaron y pusieron las bases de la lógica genética para la formación de organismos que ya nunca volvieron a funcionar como células simples aisladas. A partir de entonces esa comunidad de células especializadas trabajaron juntas para la supervivencia de unas criaturas que eran ya multicelulares.
La belleza de tener este genoma secuenciado es que ahora podemos preguntar acerca de todos los procesos biológico conocidos y analizar los genes para saber si el antepasado común a todos los animales los tenía o no. Además, este estudio puede permitir ulteriores análisis de permitan la obtención se sustancias útiles para la industria farmacéutica. Así por ejemplo, las esponjas carecen de dos genes ligados al cáncer que se cree son clave en la regulación de la división celular. El análisis de estos dos genes puede arrojar luz al papel que tienen en el desarrollo del cáncer en humanos.
El estudio de este genoma podría incluso permitir, por ejemplo, el desarrollo de métodos industriales para la fabricación de fibras de sílice directamente del agua marina. Se podrían así descifrar los métodos usados por estos animales para producir materiales que exceden nuestras capacidades en ingeniería química.

El ejemplar de esponja cuyo genoma ha sido secuenciado para este estudio se recolectó en la Gran Barrera de Coral australiana. Esta barrera de coral, al igual que el resto de los arrecifes coralinos del mundo, está en peligro de desaparición por culpa de los humanos. En unas pocas décadas todas estas comunidades de un interés ecológico de primer orden habrán desaparecido para siempre de la faz de la Tierra. A partir de entonces toda esa belleza, todas las posibles fuentes de conocimiento que hay ahí, muchas de las respuestas que como seres humanos nos planteamos (incluso sobre nuestro propio origen) o las posibles curas a enfermedades humanas habrán desvanecido para siempre.
Si algún lector tiene la suerte de bucear en uno de esos lugares de algún océano lejano repare en nuestros parientes las esponjas. Podrá mirar a uno de esos seres, aunque él no pueda hacerlo, y recapacitar sobre la distancia que le separan de esa criatura, pero también sabrá que el conjunto de elementos genéticos básicos que constituyen la multicelularidad, que le constituyen a usted, ya estaban presentes en un ser muy similar que vivió hace más de 600 millones de años sobre este planeta llamado Tierra y cuya gran parte de su superficie está cubierta de agua.

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