Los pulpos han encontrado una forma increíble de proteger las características más delicadas de su sistema nervioso contra los cambios radicales de temperatura. Cuando las condiciones fluctúan, pueden recodificar rápidamente proteínas clave en sus células nerviosas, asegurando que las actividades neurológicas críticas sigan funcionando cuando las temperaturas bajan drásticamente.
¿Cómo lo hicieron? Desplegando un superpoder raro: editar su ARN sobre la marcha, una habilidad que se encuentra en algunas especies de pulpos, calamares y sepias.
Es una estrategia inusual, pero parece ser efectiva, y los científicos creen que puede ser ampliamente adoptada en todo el mundo de los cefalópodos.
“En general, pensamos que nuestra información genética es fija, pero el medio ambiente puede influir en la forma en que se codifican las proteínas, y en los cefalópodos esto sucede a gran escala”, dice el biólogo marino Joshua Rosenthal del Laboratorio de Biología Marina de la Universidad de Chicago, autor principal del nuevo investigación publicada en Cell.
“La recodificación de ARN les da a los organismos la opción de expresar una variedad diversa de proteínas cuando y donde elijan. En los cefalópodos, la mayor parte de la recodificación es para proteínas que son realmente importantes para la función del sistema nervioso, por lo que la pregunta natural es si están usando esto para aclimatarse a los cambios en su entorno físico?”
Nuestras propias instrucciones genéticas para la supervivencia pueden cambiar, pero tiende a suceder lentamente, con ajustes generacionales en el ADN. Las variaciones en el código genético determinan la forma y función definitivas de las proteínas individuales que construyen nuestros cuerpos, incluidos los sistemas y soportes estructurales dentro de nuestro cerebro.
Sin embargo, el ADN no produce las proteínas directamente. Esas instrucciones codificadas químicamente permanecen en el núcleo de sus células, emitiendo plantillas a través de una molécula intermedia llamada ARN mensajero (o ARNm), que viaja desde el núcleo hacia la sustancia viscosa que lo rodea para alimentar las diminutas máquinas de construcción de proteínas.
En la mayoría de los organismos, esto es bastante sencillo; una vez que se emite la plantilla, no se producen más cambios en el ARN. En cefalópodos, sin embargo, las cosas son un poco diferentes.
En 2015, los científicos descubrieron que los calamares, las sepias y los pulpos pueden modificar el ARN después de que ha salido del núcleo, editándolo sobre la marcha, lo que permite una respuesta fisiológica rápida a… ¿qué?
Algunos científicos pensaron que podría ser la razón por la que los cefalópodos son tan extraña y fascinantemente inteligentes, pero la razón nos ha eludido y ha desconcertado a los científicos. Adaptarse a los cambios ambientales temporales parecía una explicación plausible. Los organismos marinos están sujetos a una amplia gama de temperaturas y los pulpos carecen de la capacidad de termorregulación activa. La edición de ARN ofrecería la capacidad de cambiar y volver a cambiar según lo dicten las condiciones, sin la implementación a largo plazo y la permanencia relativa de la edición de ADN.
Entonces, dirigido por el biólogo marino Matthew Birk del Laboratorio de Biología Marina y la Universidad de Saint Francis, un equipo de investigadores puso a prueba esta noción. Sus sujetos fueron pulpos de dos puntos de California (Octopus bimaculoides), cuyo genoma completo se secuenció por primera vez en 2005, lo que lo convierte en un animal útil para comprender los cambios genéticos.
Los investigadores aclimataron a estos pulpos a agua tibia a 22°C o agua mucho más fría a 13°C, luego compararon su información genética con el genoma de la base de datos. Examinaron específicamente más de 60.000 sitios de edición conocidos y lo que encontraron fue sorprendente.
“La edición sensible a la temperatura ocurrió en aproximadamente un tercio de nuestros sitios, más de 20.000 lugares individuales, por lo que esto no es algo que suceda aquí o allá; es un fenómeno global”, dice el físico Eli Eisenberg de la Universidad de Tel-Aviv, codirector autor del artículo.
“Pero dicho esto, no sucede de la misma manera: las proteínas que se editan tienden a ser proteínas neuronales, y casi todos los sitios que son sensibles a la temperatura se editan más en el frío”.
Entonces, la edición parecía ser en respuesta a la aclimatación al agua fría, en lugar de tibia, afectando las proteínas neuronales que, específicamente, son sensibles a las temperaturas frías. Y las pruebas de proteínas estructurales críticas para la función del sistema nervioso del pulpo (quinesina y sinaptotagmina) encontraron que los cambios forjados tendrían un impacto en su función.
Era posible que lo que el equipo observó fuera el resultado de estar en un laboratorio, por lo que capturaron pulpos de dos puntos de California salvajes y pulpos de dos puntos de Verrill (Octopus bimaculatus) en verano e invierno y también verificaron sus genomas. Estos pulpos tenían patrones similares de edición de ARN que sugerían que estaban optimizando su función para las condiciones de temperatura actuales.
El equipo también probó para ver qué tan rápido se producen los cambios. Ajustaron la temperatura del tanque de un pulpo de 14°C a 24°C o viceversa, ajustando la temperatura hacia arriba o hacia abajo en incrementos de 0,5 grados en el transcurso de 20 horas. Probaron el alcance de la edición del ARN en cada pulpo justo antes de comenzar el cambio de temperatura, justo después y cuatro días después. Ocurre muy rápidamente, encontraron los investigadores.
“No teníamos una idea real de cuán rápido puede ocurrir esto: si toma semanas u horas”, explica Birk. “Pudimos ver cambios significativos en menos de un día, y dentro de cuatro días, estaban en los nuevos niveles de estado estable en los que se encuentran después de un mes”.
Estos hallazgos sugieren que al menos una función de la edición del ARN de los cefalópodos es una respuesta rápida a condiciones que de otro modo podrían ser peligrosas para los animales. También hay otras variables ambientales que podrían invocar una respuesta. Estos incluyen bajo nivel de oxígeno, contaminación y condiciones sociales cambiantes. Los investigadores sospechan que la edición de ARN es una estrategia bastante extendida entre pulpos y calamares para mantenerse con vida a medida que cambia su entorno, y planean investigar cómo se usa con mayor detalle.
La investigación ha sido publicada en Cell.
Fuente: Science Alert.
