Un equipo de especialistas del Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC) ha logrado un avance significativo en el campo de la genética al descubrir que una herramienta derivada de la levadura del pan permite a las células del cuerpo humano generar los componentes esenciales del ADN, incluso cuando sus mitocondrias presentan fallos funcionales.
Esta investigación, que ha sido difundida a través de la revista Nature Metabolism, establece una ruta inédita para el desarrollo de futuros tratamientos orientados a combatir patologías mitocondriales de gran severidad que, en la actualidad, carecen de una cura efectiva.
La importancia de los nucleótidos en la vida celular
De acuerdo con la explicación de los expertos, la creación de nucleótidos —los bloques básicos que estructuran el ADN y el ARN— resulta un proceso vital para el crecimiento y la división de cualquier célula. En la mayoría de los organismos animales, esta tarea está vinculada de forma intrínseca al desempeño de las mitocondrias, que son los orgánulos encargados de la respiración celular y de suministrar energía.
No obstante, cuando la respiración de las mitocondrias se interrumpe —algo que ocurre habitualmente en enfermedades mitocondriales y en ciertos procesos oncológicos—, las células pierden su capacidad para multiplicarse con normalidad. Los resultados de este nuevo estudio han demostrado que esta dependencia no tiene por qué ser permanente.
La herramienta genética ScURA
El proyecto, que contó con la colaboración de un equipo internacional encabezado por José Antonio Enríquez, investigador del CNIC y del CIBER de Fragilidad y Envejecimiento Saludable (CIBERFES), logró desacoplar de forma experimental la síntesis de nucleótidos del trabajo mitocondrial. Esto se consiguió mediante el uso de ScURA, una herramienta que ya está a disposición de los científicos para profundizar en el conocimiento del metabolismo celular.
Mientras que los seres humanos dependen del oxígeno para que las mitocondrias sostengan la vida celular, la levadura Saccharomyces cerevisiae posee rutas alternativas que le permiten sobrevivir en ausencia de oxígeno. A partir de este principio, los investigadores identificaron en la levadura una enzima capaz de mantener la producción de nucleótidos utilizando fumarato (un derivado de los nutrientes) en lugar de oxígeno.
Resultados de la experimentación en laboratorio
El procedimiento consistió en extraer el gen ScURA de la levadura e implantarlo en células humanas. Los hallazgos principales incluyen los siguientes puntos:
- Las células con defectos mitocondriales, que normalmente requieren suplementos nutricionales específicos para crecer en laboratorio, lograron proliferar de forma autónoma tras recibir el gen.
- La enzima de la levadura actúa directamente en el citocitosol, a diferencia de la versión humana que depende exclusivamente de la mitocondria.
- Se observó un uso mucho más eficiente de los nutrientes sin que se alteraran otras funciones biológicas de importancia.
- Se eliminó la necesidad de añadir uridina al medio de cultivo, un componente que se usa habitualmente para compensar los fallos mitocondriales en entornos de investigación.
Sobre este avance, José Antonio Enríquez, autor principal del estudio y líder del grupo GENOXPHOS en el CNIC, señaló lo siguiente:
«La mitocondria no solo produce energía; también condiciona procesos básicos como la síntesis de ADN. Nuestro trabajo demuestra que, si proporcionamos a la célula una vía alternativa para fabricar nucleótidos, es posible sostener la proliferación celular incluso cuando la respiración mitocondrial falla»
Perspectivas para enfermedades raras y cáncer
Para el primer autor del estudio, Andrea Curtabbi, este avance es fundamental para la ciencia experimental:
«Esta herramienta permite separar por primera vez de forma clara los efectos directos de la disfunción mitocondrial sobre la síntesis de nucleótidos de otros efectos secundarios del metabolismo celular»
El estudio subraya que las enfermedades mitocondriales representan condiciones clínicas críticas donde las células no pueden sostener sus funciones primarias. Al introducir ScURA, se ha comprobado que es posible rescatar la proliferación celular incluso en modelos con mutaciones graves en la cadena respiratoria. Este hallazgo no solo tiene aplicaciones en enfermedades raras, sino también en la comprensión de cómo el metabolismo influye en el desarrollo del cáncer.
En el futuro, el equipo del CNIC tiene como meta trasladar estos descubrimientos a una mayor variedad de modelos de enfermedad, optimizando la técnica para su posible aplicación en investigaciones preclínicas.
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