Las primeras imágenes de la web de toda la célula se capturaron con la ayuda de técnicas informáticas similares a las utilizadas para obtener la primera imagen de un agujero negro. Foto: Universidad de Edimburgo.
Durante décadas se ha pensado que los órganos y estructuras que forman una célula viva simplemente flotan en el citoplasma, que es la parte de la célula que rodea al núcleo.
Sin embargo, un nuevo estudio de la Universidad de Edimburgo ha descubierto que en realidad las estructuras celulares están organizadas en una especie de red similar a la de Internet que transporta las señales a través de sus conexiones. A este circuito los investigadores le han llamado “cell-wide web”.
Los resultados de esta investigación, publicada en Nature Communications, revelan que las células del cuerpo están estructuradas internamente de la misma forma que chips electrónicos de un sistema informático.
Sin embargo, estos chips biológicos muestran una diferencia significativa con los chips electrónicos: pueden volver a cablear rápidamente sus redes de comunicación para cambiar su comportamiento.
Nueva visión
Este descubrimiento cambia toda la comprensión actual de cómo se estructuran las células. Hasta ahora se pensaba que las células enviaban señales a través de ondas que se expandían por el citoplasma.
En realidad, sin embargo, lo que ocurre es que, dentro de las células, la información se enruta en una red de "cables guía" que transmiten señales a distancias muy pequeñas, a nanoescala.
Según los investigadores, es el movimiento de las moléculas cargadas eléctricamente a través de estas distancias diminutas el que transmite la información, tal como ocurre en los circuitos integrados.
Estas señales son las responsables de organizar las actividades de la célula, como pedir a las células musculares que se relajen o contraigan.
Cuando estas señales alcanzan el material genético situado en el corazón de la célula (el núcleo celular), ordenan pequeños cambios en la estructura. Entonces liberan genes específicos para que puedan expresarse esos cambios.
Estos cambios en la expresión génica modifican aún más el comportamiento de la célula. Por ejemplo, cuando la célula pasa de un estado estable a una fase de crecimiento, el circuito se reconfigura completamente para transmitir señales que activan los genes necesarios para el crecimiento.
Sin embargo, un nuevo estudio de la Universidad de Edimburgo ha descubierto que en realidad las estructuras celulares están organizadas en una especie de red similar a la de Internet que transporta las señales a través de sus conexiones. A este circuito los investigadores le han llamado “cell-wide web”.
Los resultados de esta investigación, publicada en Nature Communications, revelan que las células del cuerpo están estructuradas internamente de la misma forma que chips electrónicos de un sistema informático.
Sin embargo, estos chips biológicos muestran una diferencia significativa con los chips electrónicos: pueden volver a cablear rápidamente sus redes de comunicación para cambiar su comportamiento.
Nueva visión
Este descubrimiento cambia toda la comprensión actual de cómo se estructuran las células. Hasta ahora se pensaba que las células enviaban señales a través de ondas que se expandían por el citoplasma.
En realidad, sin embargo, lo que ocurre es que, dentro de las células, la información se enruta en una red de "cables guía" que transmiten señales a distancias muy pequeñas, a nanoescala.
Según los investigadores, es el movimiento de las moléculas cargadas eléctricamente a través de estas distancias diminutas el que transmite la información, tal como ocurre en los circuitos integrados.
Estas señales son las responsables de organizar las actividades de la célula, como pedir a las células musculares que se relajen o contraigan.
Cuando estas señales alcanzan el material genético situado en el corazón de la célula (el núcleo celular), ordenan pequeños cambios en la estructura. Entonces liberan genes específicos para que puedan expresarse esos cambios.
Estos cambios en la expresión génica modifican aún más el comportamiento de la célula. Por ejemplo, cuando la célula pasa de un estado estable a una fase de crecimiento, el circuito se reconfigura completamente para transmitir señales que activan los genes necesarios para el crecimiento.
Mismo sistema astronómico
El equipo de Edimburgo descubrió la red celular que organiza toda esta dinámica, estudiando el movimiento de las moléculas de calcio cargadas eléctricamente dentro de las células.
Para ello utilizaron microscopios de gran potencia y algoritmos informáticos similares a los utilizados para obtener la primera imagen de un agujero negro.
"Lo más sorprendente es que este circuito es altamente flexible, ya que puede reconfigurarse rápidamente para ofrecer diferentes salidas a la información recibida y transmitida desde el núcleo", explica Mark Evans, en un comunicado. Y añade: "esto es algo que ningún microprocesador o circuito integrado hecho por humanos es capaz de lograr".
"Descubrimos que la función celular está coordinada por una red de nanotubos, similar a los nanotubos de carbono que se encuentran en un microprocesador", añade Evans.
Dado que el cuerpo humano está formado por unos 30 billones de células, esta investigación revela que está equipado con microprocesadores dinámicos, que son los que pueden alterar de muchas formas la dinámica de una señal.
Los científicos esperan que haber comprendido el código que utilizan las células para transmitir señales, ayude a los médicos a comprender mejor enfermedades como el cáncer y la hipertensión pulmonar, y quizás incluso posibilite el desarrollo de nuevos tratamientos.
El equipo de Edimburgo descubrió la red celular que organiza toda esta dinámica, estudiando el movimiento de las moléculas de calcio cargadas eléctricamente dentro de las células.
Para ello utilizaron microscopios de gran potencia y algoritmos informáticos similares a los utilizados para obtener la primera imagen de un agujero negro.
"Lo más sorprendente es que este circuito es altamente flexible, ya que puede reconfigurarse rápidamente para ofrecer diferentes salidas a la información recibida y transmitida desde el núcleo", explica Mark Evans, en un comunicado. Y añade: "esto es algo que ningún microprocesador o circuito integrado hecho por humanos es capaz de lograr".
"Descubrimos que la función celular está coordinada por una red de nanotubos, similar a los nanotubos de carbono que se encuentran en un microprocesador", añade Evans.
Dado que el cuerpo humano está formado por unos 30 billones de células, esta investigación revela que está equipado con microprocesadores dinámicos, que son los que pueden alterar de muchas formas la dinámica de una señal.
Los científicos esperan que haber comprendido el código que utilizan las células para transmitir señales, ayude a los médicos a comprender mejor enfermedades como el cáncer y la hipertensión pulmonar, y quizás incluso posibilite el desarrollo de nuevos tratamientos.
Referencia
The cell-wide web coordinates cellular processes by directing site-specific Ca2+ flux across cytoplasmic nanocourses. Jingxian Duan et al. Nature Communications 10, Article number: 2299 (2019). DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-019-10055-w
The cell-wide web coordinates cellular processes by directing site-specific Ca2+ flux across cytoplasmic nanocourses. Jingxian Duan et al. Nature Communications 10, Article number: 2299 (2019). DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-019-10055-w