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Quilo de Ciencia

El quilo, con “q” es el líquido formado en el duodeno (intestino delgado) por bilis, jugo pancreático y lípidos emulsionados resultado de la digestión de los alimentos ingeridos. En el podcast Quilo de Ciencia, realizado por el profesor Jorge Laborda, intentamos “digerir” para el oyente los kilos de ciencia que se generan cada semana y que se publican en las revistas especializadas de mayor impacto científico. Los temas son, por consiguiente variados, pero esperamos que siempre resulten interesantes, amenos, y, en todo caso, nunca indigestos.

Ministerio de Ciencia e Innovación

Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología

Universidad de Castilla - La Mancha

Poros de muerte y de vida.

Poros de muerte y de vida - Quilo de Ciencia - Cienciaes.com

En mi opinión, no somos conscientes de la maravilla de moléculas y procesos moleculares que funcionan a cada instante y nos mantienen con vida. Por su puesto, los cientos de reacciones metabólicas que tienen lugar en cada una de nuestras células pertenecen a esa categoría, pero también son fundamentales para mantenernos vivos procesos moleculares que suceden en el exterior de las células, en la sangre y en los líquidos que bañan órganos y tejidos del organismo.

Uno de esos procesos, bien conocido por todos, es la coagulación sanguínea, el cual, si no funciona bien, produce disfunciones generadoras de peligrosos trombos que obstruyen la circulación o, al contrario, generadoras de una coagulación demasiado lenta que causaría hemorragias frecuentes. Es lo que sucede con la hemofilia. La coagulación sanguínea es, sin duda, un proceso prodigioso en el que intervienen de manera ordenada más de una decena de proteínas, además de las células de la sangre denominadas plaquetas, que ejercen un papel imprescindible de tapón de los vasos sanguíneos rotos para evitar la fuga de sangre.

Otro proceso menos conocido, pero no menos complejo ni importante que la coagulación sanguínea, es la activación del complemento. El complemento es un sistema molecular especializado en detectar ciertas moléculas propias de las bacterias, o a bacterias recubiertas de anticuerpos. Detecta, por consiguiente, de manera directa o ayudado por los anticuerpos, moléculas propias de los enemigos bacterianos que intentan infectarnos. Por si esto fuera poco, el sistema se activa espontáneamente de todos modos, haya detectado bacterias o no, por si acaso alguna bacteria puede pasar desapercibida e iniciar un foco de infección al no ser eliminada a tiempo. El complemento, por tanto, está siempre en estado de alerta frente al enemigo.

El sistema del complemento está formado por veinticinco proteínas que se encuentran en un estado inactivo y que cuando se activan constituyen tres cascadas de reacciones bioquímicas, inicialmente independientes, que confluyen en un punto común. Estas cascadas moleculares conducen desde la activación de unas proteínas iniciales a la activación de proteínas intermedias, ya comunes a las tres cascadas y, por último, a la activación de un complejo final de proteínas, igualmente común a las tres cascadas.

Es esta parte final común a las tres cascadas bioquímicas la que resulta más interesante desde el punto de vista de su funcionamiento. Y es que la activación de las proteínas finales conduce a que 18 moléculas de la última de ellas, la llamada proteína C9, se ensamblen juntas de manera espontánea para formar poros minúsculos que perforan la superficie de las bacterias. Estos poros son de un diámetro de alrededor de 10.000 veces menor que el de un cabello humano.
A pesar de su pequeño tamaño, este es suficiente para ejercer su efecto mortal. Los poros en las membranas de cualquier célula causan su muerte porque la membrana celular, formada solo por dos capas de moléculas de naturaleza grasa, es la barrera que separa la vida del interior de la célula de la no-vida del exterior. La formación de poros en la membrana pone en contacto ambos mundos, el vivo y el no vivo, y cuando eso sucede siempre prevalece el mundo no vivo y causa la muerte. Las bacterias perforadas por el complejo de proteínas del complemento mueren porque el líquido exterior entra por los poros, al ser el interior bacteriano una solución más concentrada que el medio exterior. Esto rompe el desequilibrio iónico entre ambos mundos, lo que conduce a la detención de los procesos de generación de energía metabólica y, finalmente, acaba por hinchar a la bacteria y hacerla explotar.

Un tiempo vital

Un grave problema con esto es que la activación del complemento no discrimina bien entre las bacterias y nuestras propias células. Los poros pueden formarse en ambas. Afortunadamente, nuestras células, si están sanas, cuentan con proteínas en su membrana que detienen la formación de los poros si estos comienzan a formarse. Esto impide que nuestras células mueran por el mismo proceso por el que el complemento mata a las bacterias. En otras palabras, tenemos el antídoto para nuestro propio veneno.

Aunque la estructura de los poros se ha podido determinar gracias a estudios de microscopia electrónica y otras técnicas, no se había podido observar todavía el proceso dinámico de su formación. Recientemente, investigadores del University College de Londres han sido capaces de filmar el proceso de formación de los poros. Para ello, utilizan una técnica microscópica llamada microscopía rápida de fuerza atómica, que funciona obteniendo información no mediante la luz, sino mediante el tacto, deslizando una pequeñísima aguja sobre la superficie de lo que se desea examinar para detectar cambios en su textura.

En este caso, los científicos examinan una superficie bacteriana artificial sobre la que activan el complemento para que este forme los poros. Este estudio ha permitido averiguar un hecho hasta ahora desconocido. Cuando el primer ejemplar de la última proteína activada del complemento, como hemos dicho, la proteína C9, debe insertarse en la membrana para comenzar a formar el poro junto con 17 de sus compañeras, el proceso se detiene por un breve instante. Este breve instante es vital. Durante el mismo, si el poro se está formando en una de nuestras células, esta tiene tiempo para detener su formación gracias a las proteínas de la membrana que frenan este proceso. Esta breve pausa no afecta, sin embargo, a la capacidad de formar poros en las bacterias, que carecen de las proteínas capaces de detener su formación.

Vemos así cómo el mecanismo de activación del complemento está finamente ajustado en el tiempo de modo que nuestras células puedan defenderse de sus dañinos efectos si es necesario, pero no así las bacterias, que perecerán perforadas, sin remedio para ellas. Gracias a estos estudios, nos damos cuenta con mayor detalle de la maravilla de procesos que se han generado durante nuestra evolución para mantenernos con vida, impidiendo infecciones bacterianas mortales.

Referencia:
Edward S. Parsons et al. (2019) Single-molecule kinetics of pore assembly by the membrane attack complex. Nature Comm. https://www.nature.com/articles/s41467-019-10058-7

Más información en el Blog de Jorge Laborda.

Obras de divulgación de Jorge Laborda

Quilo de Ciencia Volumen I. Jorge Laborda
Quilo de Ciencia Volumen II. Jorge Laborda
Quilo de Ciencia Volumen III. Jorge Laborda
Quilo de Ciencia Volumen IV. Jorge Laborda
Quilo de Ciencia Volumen V. Jorge Laborda
Quilo de Ciencia Volumen VI. Jorge Laborda
Quilo de Ciencia Volumen VII. Jorge Laborda
Quilo de Ciencia Volumen VIII. Jorge Laborda
Quilo de Ciencia Volumen IX. Jorge Laborda
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