El envejecimiento de nuestras células individuales está relacionado directamente con la esperanza de vida humana y hace tres años unos investigadores de la Universidad de California en San Diego (Estados Unidos) descifraron los mecanismos esenciales que subyacen al envejecimiento para prolongar la vida útil de las células al manipular genéticamente las dos direcciones que siguen.
Ahora, para impedir que las células alcancen niveles normales de deterioro asociados al envejecimiento los investigadores han utilizado biología sintética, ya que todas las células, incluidas las de levaduras, plantas, animales y seres humanos, contienen circuitos reguladores de genes que son responsables de muchas funciones fisiológicas.
Estos circuitos pueden funcionar como nuestros circuitos eléctricos domésticos que controlan aparatos como electrodomésticos y automóviles, sin embargo, bajo el control de un circuito central de regulación genética las células no envejecen necesariamente de la misma manera. En el nuevo estudio lo que se ha hecho es modificar genéticamente el circuito que controla el envejecimiento celular, en lugar de funcionar normalmente como un interruptor de palanca, crearon un circuito de retroalimentación negativa para detener el proceso de envejecimiento.
Este circuito funciona como un reloj, denominado oscilador génico, que hace alternar a la célula periódicamente entre dos estados “envejecidos” perjudiciales, lo que evita la permanencia prolongada en cualquiera de ellos y ralentiza la degeneración celular, permitiendo de este modo prolongar la vida celular y establecer un nuevo récord de prolongación de la vida mediante intervenciones genéticas y químicas.
Para ahorrar tiempo y recursos y poder planificar estrategias eficaces, los investigadores de este estudio utilizaron en primer lugar simulaciones por ordenador del funcionamiento del circuito central del envejecimiento, lo que les ayudó a diseñar y probar ideas antes de construir o modificar el circuito de la célula. Fue la primera vez que se utilizaron principios de ingeniería biológica sintética guiados computacionalmente para rediseñar circuitos genéticos y reprogramar el proceso de envejecimiento.
El equipo de investigación multidisciplinar de la UC San Diego empezó a estudiar hace varios años, los mecanismos que subyacen al envejecimiento celular, y descubrieron que las células siguen una cascada de cambios moleculares a lo largo de su vida hasta acabar degenerando y muriendo. Sin embargo, pudieron observar que las células del mismo material genético y dentro del mismo entorno pueden recorrer rutas de envejecimiento distintas.
La mitad de las células envejecen a través de una disminución gradual de estabilidad del ADN, donde se almacena la información genética, pero la otra mitad envejece por un camino ligado al declive de las mitocondrias.
Esta nueva investigación, a diferencia de los anteriores intentos químicos y genéticos que forzaban a las células a estados artificiales de juventud, demuestra que es posible ralentizar el envejecimiento, impidiendo que las células se comprometan con una trayectoria predestinada de declive y muerte, y los osciladores génicos en forma de reloj podrían ser un sistema universal para lograrlo.
Se establece una conexión entre la arquitectura de la red génica y la longevidad celular que podría conducir a circuitos génicos diseñados para ralentizar el envejecimiento, utilizando células de levadura ‘Saccharomyces cerevisiae’ como modelo del envejecimiento de las células humanas a través de microfluídos y microscopía ‘time-lapse’.
La utilización de estas células de levadura que se recablearon sintéticamente y envejecieron bajo la dirección del dispositivo oscilador sintético para el estudio actual, dieron lugar a un aumento del 82% de la vida útil en comparación con las células de control que envejecieron en circunstancias normales.
Las células osciladoras viven más tiempo que cualquiera de las cepas más longevas identificadas previamente mediante cribas genéticas no sesgadas.
De este modo, este trabajo representa un ejemplo de prueba de concepto, que demuestra la aplicación con éxito de la biología sintética para reprogramar el proceso de envejecimiento celular y sentar las bases para diseñar circuitos genéticos sintéticos que promuevan eficazmente la longevidad en organismos más complejos.
