La mayor parte de la vida en la Tierra entra en letargo tras activar un ‘freno de emergencia’
(quantamagazine.org)- Muchos microbios y células dejan de crecer y entran en estado de latencia cuando el entorno empeora; según algunas estimaciones, el 60% de las células microbianas de la Tierra están dormidas en un momento dado
- Una nueva proteína, Balon, detiene de inmediato a los ribosomas, la maquinaria bacteriana de producción de proteínas, y se encontraron genes relacionados en el 20% de los genomas bacterianos registrados
- Los factores de latencia conocidos hasta ahora actuaban bloqueando la siguiente síntesis una vez terminada la producción de proteínas, pero Balon puede intervenir incluso en ribosomas ya activos y detener la traducción como un freno de emergencia
- Balon se une cerca del sitio A del ribosoma y puede entrar y salir rápidamente, lo que facilita que la célula se duerma bajo estrés y vuelva a activarse cuando mejoran las condiciones
- La latencia no es exclusiva de las bacterias: también es una estrategia de supervivencia usada en óvulos, células madre, células inmunes, células hepáticas, la hibernación de los osos y la lysogeny de los virus, entre otros casos del mundo vivo
Lo que Balon detiene: ribosomas y uso de energía
- Cuando una célula detecta condiciones adversas como hambre o frío, produce proteínas llamadas factores de latencia para reducir su metabolismo
- Estos factores pueden desarmar la maquinaria celular o bloquear la expresión génica, y un grupo especialmente importante es el que detiene a los ribosomas, que fabrican nuevas proteínas
- En células bacterianas en crecimiento, la producción de proteínas representa más del 50% del consumo de energía
- Cuando los ribosomas se detienen, disminuye la síntesis de nuevas proteínas y se ahorra energía para la supervivencia básica
Descubrimiento de Balon y cómo funciona
- Balon fue descubierto en Psychrobacter urativorans, una bacteria adaptada al frío obtenida del permafrost ártico
- Durante un experimento, el cultivo se dejó demasiado tiempo en una hielera y la bacteria recibió un choque por frío, entrando en estado de latencia
- El equipo extrajo ribosomas de bacterias latentes y los observó con cryo-EM, confirmando que había una proteína insertada en el sitio A del ribosoma
- Esa proteína no había sido descrita antes y, como se parece a Pelota —que participa en el desmontaje y reciclaje de componentes ribosómicos—, recibió el nombre Balon, otra palabra en español para “pelota”
- En un estudio publicado en Nature, se confirmó que Balon actúa de manera distinta a los factores de latencia ribosómica conocidos
Un “freno de emergencia” distinto de los factores de latencia previos
- Los factores de latencia que alteran ribosomas y que se conocían hasta ahora actúan de forma relativamente pasiva
- Esperan a que el ribosoma termine de producir una proteína
- Luego impiden que el ribosoma inicie la síntesis de una nueva proteína
- Balon puede entrar a los ribosomas de la célula y detener su actividad, incluso si ya están funcionando
- Los factores de latencia previos solo pueden unirse cuando termina la síntesis en curso porque bloquean físicamente el sitio A del ribosoma
- Balon no obstruye por completo el canal, sino que se une cerca de él, por lo que puede insertarse y retirarse sin importar lo que esté haciendo el ribosoma
- Gracias a esta propiedad, puede detener el crecimiento celular y salir rápidamente, como una cinta de casete que se libera de golpe
Balon no es una rareza, sino una proteína ampliamente distribuida
- Al buscar la secuencia genética de Balon, se hallaron secuencias relacionadas en el 20% de los genomas bacterianos registrados en bases de datos públicas
- El equipo también analizó dos proteínas bacterianas alternativas de ese grupo
- Una proteína de Mycobacterium tuberculosis, el patógeno humano que causa la tuberculosis
- Una proteína de Thermus thermophilus, que vive en respiraderos hidrotermales submarinos extremadamente calientes
- Ambas proteínas también se unen al sitio A del ribosoma, lo que sugiere que algunos parientes de Balon podrían funcionar de forma similar en otras especies bacterianas
- Balon no está presente en Escherichia coli ni en Staphylococcus aureus, organismos muy usados en estudios de latencia celular
- Centrarse solo en organismos modelo de laboratorio limitados puede hacer que se pasen por alto tácticas de latencia muy extendidas
La latencia en todo el mundo vivo
- Una gran parte de la vida en la Tierra tiene la capacidad de detener o reducir su metabolismo cuando es necesario, en lugar de seguir aumentando su actividad
- La bacteria modelo de laboratorio E. coli tiene cinco mecanismos separados de latencia, y cada uno por sí solo basta para sobrevivir a situaciones de crisis
- La latencia no es un fenómeno necesario solo en condiciones de hambre
- Los óvulos humanos permanecen en latencia durante décadas hasta ser fecundados
- Las células madre humanas quedan en estado detenido en la médula ósea tras nacer, a la espera de señales del cuerpo
- Los fibroblastos del tejido nervioso, los linfocitos del sistema inmune y los hepatocitos del hígado también entran en fases inactivas y no divisorias antes de reactivarse
- La hibernation de los osos, la lysogeny del herpes virus, la dauer stage de los gusanos, la diapause de los insectos, la aestivation de los anfibios y el torpor de las aves también son estados reversibles de latencia cuando las condiciones mejoran
Latencia probabilística y supervivencia del grupo
- Algunas células entran en latencia al detectar cambios ambientales, pero muchas bacterias también usan una estrategia probabilística
- En entornos que cambian al azar, si ninguna célula entra en latencia, un desastre accidental puede eliminar a toda la población
- Incluso en cultivos de E. coli sanos y de rápido crecimiento, entre el 5% y el 10% de las células están en latencia
- Estas células latentes actúan como supervivientes designados, resistiendo cuando las células más activas y vulnerables resultan dañadas
- Mecanismos de latencia como Balon ayudan a entender qué especies pueden mantenerse estables o recuperarse en medio del cambio climático
1 comentarios
Opiniones en Hacker News
Me gusta la historia de que Karla Helena-Bueno dejó bacterias árticas sobre hielo demasiado tiempo, se olvidó de ellas y terminó descubriendo un factor común de hibernación.
Muestra tal cual ese patrón mágico que tantas veces acompaña a la innovación y los descubrimientos: un accidente fortuito. Se siente humano y refrescante, y no creo que sea el tipo de descubrimiento que el machine learning vaya a quitarnos por completo.
Normalmente se le atribuye a Isaac Asimov.
También podría encontrar mecanismos de hibernación desde otro ángulo, no por accidente. Si la AGI se vuelve realidad, quizá después de alimentarse con suficientes datos diga de alguna forma extraña: “esto está interesante”. Me gusta Colossus, una novela de hace casi 60 años que describía de forma bastante realista cómo podría comportarse una AGI temprana: https://en.wikipedia.org/wiki/Colossus_(novel)
La limitación actual está más en la capacidad de buscar esos patrones a gran escala que en el conocimiento para reconocer patrones interesantes.
Y la mayoría de los descubrimientos fueron accidentales.
Me viene a la mente que los humanos también pudieron haber hibernado antes (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1117993/) y también (https://www.popularmechanics.com/science/a35033907/early-hum...)
La idea sería algo como: “decidieron dormir durante la peor parte del año dentro de cuevas relativamente seguras y, para hacerlo, renunciaron a la nutrición y a la vitamina D del sol”. En el invierno del norte, estar afuera o en una cueva no cambia mucho los niveles de vitamina D, y por la baja altura del sol el cuerpo de todos modos difícilmente puede producir vitamina D. Por ejemplo, los Inuit pueden obtener vitamina D sin luz solar. Que hubiera desnutrición en invierno también podría significar simplemente que, antes de desarrollar técnicas de almacenamiento y conservación, no había mucho que comer en invierno.
El segundo artículo trata sobre ancestros humanos de hace 400.000 años, así que es una historia bastante antigua.
Pero me pregunto cuál sería el propósito. Probablemente llevaría a una reducción de la esperanza de vida y a un mayor riesgo de cáncer.
La frase “en lugar de quejarnos por lo que nos perdemos mientras dormimos, podemos experimentar el sueño como un proceso que nos conecta con toda la vida en la Tierra, hasta con los microbios dormidos en las profundidades del permafrost ártico” es interesante, pero me tranquiliza más saber que los microbios en lo profundo del permafrost ártico están dormidos.
No quiero pensar en qué pasaría si despertaran.
Si no hay una buena razón para estar despierto, duermes y ahorras energía para un mejor momento en el que sí convenga estar despierto. Aunque esta explicación no responde por qué soñamos.
No está muerto lo que puede yacer eternamente, y con eones extraños, hasta la muerte puede morir.
Wow, esto parece un mecanismo de evaluación perezosa (lazy evaluation) creado por la naturaleza.
Parece que casi nadie habla de las posibilidades terapéuticas.
Sería bueno poder poner una infección bacteriana en estado latente. Lo mismo con los tumores.
Me imagino a personas mayores congelando sus cuerpos e induciendo un estado latente para despertar cuando el mundo sea mejor.
Invertiría en una empresa así.
0. https://en.wikipedia.org/wiki/Alcor_Life_Extension_Foundatio...
Hace unos días apareció esto: https://news.ycombinator.com/item?id=40400591
Es una apuesta bastante grande sobre si la gente del futuro lejano verá los cuerpos preservados como un recurso valioso o como algo que explotar.
Me pregunto si, de haber existido vida en Marte, habría usado este tipo de mecanismo de hibernación.
No hay que contarle al público que, en sistemas complejos, es completamente natural que muchos individuos sean reservas que no hacen nada, y que eso no significa parasitar a la sociedad, sino que es esencial para mantener vivo al sistema completo.
¿Puede hacerlo como seguro probabilístico frente a eventos de extinción a nivel de población y luego tener la capacidad de recuperarse? La extrapolación que sacaste del contenido real del artículo es pésima.