Juan Jarillo Collado. Divulgación Científica en Biología Celular. Proyecto de Innovación y Mejora Docente de la Universidad de Jaén.

En el siglo XIV ocurrió una de las mayores epidemias jamás conocidas, la cual se estima que exterminó entre 70 y 200 millones de personas y redujo la población mundial casi en un 50%. Esta epidemia se conoció como la peste negra, muerte negra o peste bubónica, y fue causada por la bacteria llamada Yersinia pestis.

La población que sobrevivió a la peste lo atribuyó a la “obra divina”, pero hoy en día sabemos que fue gracias a la selección natural, que produjo una mutación en uno de los genes que condiciona la respuesta inmunitaria.

A lo largo de la historia, nuestro sistema inmune se ha ido adaptando en función de los factores externos a los que se enfrentaba, generando una respuesta específica para eliminar las amenazas que comprometen nuestra integridad como organismo. El caso de la peste negra no fue una excepción, y gracias a esta capacidad, nuestra especie perdura hasta hoy día, aunque a veces esta respuesta no es tan perfecta como esperamos.

Lo que nos dice la historia

Un estudio reciente revela cómo nuestro genoma se modela en función de las amenazas externas, concretamente frente a la peste negra. Para ello, se analizaron los restos de personas que perecieron antes, durante y después de esta epidemia. En estos restos se encontraron datos esclarecedores sobre la resiliencia frente a la enfermedad.

Después del análisis de los genomas de 516 individuos de la época, y en especial de los genes relacionados con el sistema inmunitario y las enfermedades autoinmunes, se descubrió que existe una mutación en el gen que codifica la proteína ERAP2. Dicho gen presenta dos variantes (haplotipos), la A y la B.

El haplotipo A se muestra a través de un alelo con carácter protector denominado C. Un alelo es la versión específica de un gen y, para cada gen, heredamos un alelo de la madre y otro del padre. Pues bien, el alelo C da lugar a que la proteína ERAP2 se sintetice de forma completa por unas células especializadas llamadas macrófagos. Estas células son capaces de ingerir a los patógenos y destruirlos.

La destrucción de Y. pestis por los macrófagos hace que las células muestren trozos de la bacteria a otras células, concretamente a los linfocitos T-CD8.  De este modo los linfocitos son alertados para reconocer y eliminar al patógeno. Además, el gen ERAP2 está asociado a la síntesis de una molécula concreta (citoquina) como respuesta a esta bacteria, de modo que aumenta el control de los propios macrófagos frente a la infección.

La otra variante, el haplotipo B, presenta el alelo T. Este alelo produce una proteína ERAP2 incompleta, lo que impide que nuestras células lleven a cabo una repuesta inmunitaria específica frente a la infección.

Así, se estima que los individuos que presentan dos copias iguales (homocigóticos) para el alelo protector tenían un 40% más de probabilidad de sobrevivir frente a la enfermedad de la peste negra.

¿Y cómo influye a día de hoy?

Como hemos visto, las variantes del gen que codifica la proteína ERAP2 condicionan la respuesta inmunitaria frente a esta bacteria. A pesar de la gran adaptación que se produjo frente a la infección, se ha observado en la actualidad que este condicionamiento del sistema inmune podría conducir a una mayor susceptibilidad frente a enfermedades inflamatorias crónicas o enfermedades autoinmunes.

Esto se debe a que la síntesis de la proteína ERAP2 es estimulada por diferentes patógenos, no solo el que provoca la peste negra, y por tanto regula la respuesta a las infecciones a través de los mismos mecanismos anteriormente comentados.

Sin embargo, esta gran respuesta adaptativa puede ser un arma de doble filo, ya que las personas que poseen el haplotipo A presentan un mayor riesgo de sufrir enfermedades autoinmunes como la enfermedad de Crohn u otras de tipo infeccioso.

Además, y también debido a la respuesta adaptativa, durante y después de la epidemia no solo se produjeron mutaciones en el gen que codifica la proteína ERAP2. Los investigadores del estudio mencionado mostraron que otro gen, el CTLA4, sufrió una mutación que en la actualidad está asociada con un aumento del riesgo de padecer artritis reumatoide o lupus eritematoso.

Como conclusión, además de las consecuencias negativas que pueden llegar a tener, las mutaciones asociadas a la evolución permitieron a nuestros antepasados sobrevivir frente a grandes amenazas, como la terrible epidemia de la peste que asoló al planeta.

Francisco Torres López. Divulgación Científica en Biología Celular. Proyecto de Innovación y Mejora Docente de la Universidad de Jaén.

La competitividad es un rasgo humano común que nos empuja a superar a los demás y a nosotros mismos. Desde tiempos ancestrales, ha sido una fuerza motriz en la evolución y el desarrollo de nuestra especie.

Si bien son muchos y muy diferentes los factores que influyen en el comportamiento competitivo, algunas hormonas desempeñan un papel clave en este proceso. Entre ellas destaca la testosterona.

¿Dónde se produce la testosterona?

La testosterona es una hormona esteroide que se produce principalmente en los testículos de los hombres y, en menor medida, en los ovarios de las mujeres. Es bien conocida por sus efectos sobre el desarrollo sexual, la función reproductiva y la construcción de la masa muscular.

En cuanto a los tipos celulares que la producen, principalmente son dos: las células de Leydig y las células de la teca.

Las células de Leydig se encuentran localizadas en los testículos y son las principales productoras de testosterona en los hombres, producción que, a su vez, es estimulada por la hormona luteinizante (LH).

La LH es liberada por una glándula cerebral, la pituitaria, en respuesta a la liberación de otra hormona, la hormona liberadora de gonadotropina (GnRH), que también se produce en el cerebro, en concreto en una estructura denominada hipotálamo.

Por otro lado, las células de la teca son las principales productoras de testosterona en las mujeres. Estas células, que están presentes en los ovarios y participan en el desarrollo de los folículos ováricos durante la pubertad, producen testosterona a partir del colesterol y también bajo la influencia de la hormona luteinizante (LH).

Como puede comprobarse, los niveles de testosterona están relacionados con la producción de hormonas en el cerebro.

Los niveles de testosterona varían según las situaciones de competitividad

Numerosos estudios han demostrado que los niveles de testosterona están asociados con comportamientos competitivos tanto en hombres como en mujeres.

Un aumento en la testosterona puede generar mayor asertividad, agresión y deseo de dominar en situaciones competitivas. También se ha observado que si resultamos victoriosos se elevan los niveles de testosterona, y que aumentan menos, o disminuyen, si sufrimos una derrota.

El efecto ganador y perdedor

Tras una victoria, el aumento tanto de la motivación como de los niveles de esta hormona se relacionan, a su vez, con una mayor probabilidad de implicarnos en nuevas competiciones.

Y no siempre que ganamos o perdemos en una competición lo hacemos con el mismo margen. Por lo general, se aplica el denominado “efecto ganador y perdedor”.

Este efecto consiste en que cuando obtenemos una victoria la ganancia de estatus se asociada a niveles de testosterona superiores, posiblemente para dar lugar a un comportamiento más agresivo y competitivo que permita mantener dicho estatus.

Por otro lado, si salimos derrotados se detecta menos cantidad de esta hormona, quizás para evitar comportamientos que puedan dar lugar a a salir peor parados.

Y esto se relaciona también con el margen por el que hemos ganado o perdido: si ganamos por muy poco margen, los niveles de testosterona tienden a aumentar en menor medida, o incluso en algunos casos a disminuir.

Así, al no aumentar tanto los niveles de testosterona, promovemos el hecho de evitar entrar en una nueva competición y nos protegemos de una posible derrota.

¿Y qué ocurre si salimos derrotados por la mínima? Pues que aumentan los niveles de testosterona que intentan motivarnos para recuperar el estatus. De ahí la sensación de rabia que sentimos en esas situaciones.

Nuestro estado emocional influye

Además, está claro que nuestra respuesta ante las victorias o derrotas está condicionada por nuestro estado de ánimo.

En este sentido, asociamos los resultados positivos a nuestro esfuerzo y los negativos a efectos externos. Y es por ello que solemos decir: “he aprobado” y “me han suspendido”.

Curiosamente, el hecho de que los niveles de testosterona aumenten menos cuando los resultados son muy justos podría relacionarse con atribuir nuestra victoria a factores externos, como la suerte, lo cual no ocurre en las victorias amplias.

Por último, es interesante destacar que las experiencias previas de cada persona generan un estado emocional que influye también en los niveles de la testosterona en las competiciones. Así, los individuos ganadores incrementan sus decisiones competitivas fruto de la acción de la testosterona, el anteriormente comentado efecto ganador.

Antonio Alba Robles. Divulgación Científica en Biología Celular. Proyecto de Innovación y Mejora Docente de la Universidad de Jaén.

La unidad básica de la vida es la célula. De modo general, podemos decir que hay dos grandes grupos de células: eucariotas y procariotas.

La principal diferencia entre ellas es que en las eucariotas podemos encontrar el núcleo celular, un orgánulo con membrana que alberga y protege el material hereditario, el ADN. En general, las procariotas carecen de orgánulos membranosos.

Los organismos procariotas, como las bacterias y las arqueas, están formados por una sola célula. Sin embargo, las células eucariotas son la unidad básica de los organismos multicelulares como los animales, las plantas y los hongos, aunque también existen eucariotas de una sola célula, como las amebas y las levaduras.

El tamaño importa

Algo que llama la atención es el diferente tamaño entre las células procariotas y las eucariotas. Las procariotas son, por lo general, mucho más pequeñas. Pero ¿por qué?

La respuesta está en que el menor tamaño de las procariotas permite que las moléculas se difundan mejor por su interior, como los iones y los nutrientes que capturan o las sustancias que debe eliminar. En las células eucariotas, estos procesos se localizan en estructuras llamadas orgánulos.

Además, el pequeño tamaño de las células procariotas ayuda a que se dividan mucho y rápidamente. Por el contrario, las células eucariotas se dividen menos y su división depende de su función y de los tejidos en los que se encuentra. Incluso hay células eucariotas que no se dividen, como la mayoría de las neuronas.

Bacterias gigantes

¿Son todas las células procariotas más pequeñas que las células eucariotas? Como casi todo en la naturaleza, depende. Una célula procariota mide tan sólo una millonésima de metro, y una eucariota entre 10 y 100 veces más. Pero hay excepciones.

No hace mucho se ha descubierto la existencia de una bacteria gigante. Su tamaño es de, aproximadamente, 1 cm. Esta bacteria es más grande que algunos animales multicelulares, como por ejemplo los nematodos, que apenas llegan a los 3 milímetros.

¿Qué determina el tamaño de nuestras células?

El tamaño de una célula se define por su forma y por el espacio que ocupa su contenido, el llamado citoplasma. La membrana celular es la estructura que delimita el interior de la célula con su entorno.

En la especie humana, y en la gran mayoría de especies pluricelulares, las células tienen morfologías muy variadas y funciones muy diferentes unas de otras. Es más, el tamaño y la forma que tienen las células están estrechamente relacionada con las tareas que estas desempeñan.

Por ejemplo, una célula de la sangre, como un linfocito, es esférica y mide unas ocho millonésimas de metro, mientras que el cuerpo principal (el soma) de una neurona de forma piramidal del cerebro mide diez veces más.

La relación entre la estructura y la función

La encargada de dar forma y tamaño a las células es la evolución. Así, los diferentes tipos de células han ido surgiendo con el aumento en el número, la variedad y la complejidad de los procesos fisiológicos que ocurren en los organismos a lo largo de la escala filogenética.

Uno de los principios más importantes en la biología es la relación que existe entre la estructura y la función, sea una célula o una parte del cuerpo. Es decir, si no existe una estructura con una forma y unos componentes concretos, no puede ocurrir la función.

Puesto que un linfocito es pequeño y esférico, puede desplazarse por el sistema circulatorio y llegar a donde sea requerido para actuar como célula del sistema inmune. Y que una neurona se conecte con otros cientos o miles de neuronas depende de la presencia de su estructura ramificada (dendritas y axones).

Como dato curioso, hay neuronas en nuestro cuerpo que pueden llegar a medir más de un metro de longitud. Por ejemplo, aquellas cuya parte principal (el soma) se encuentra a nivel de la médula espinal y cuyas terminaciones neuronales controlan el movimiento de un músculo del pie.

Iván Rodríguez Arévalo. Divulgación Científica en Biología Celular. Proyecto de Innovación y Mejora Docente de la Universidad de Jaén.

El cáncer es una enfermedad que se produce cuando las células se dividen sin control alguno e invaden los tejidos de nuestro organismo. La gravedad puede depender tanto de los tejidos y órganos que invada como de la capacidad de las células cancerígenas de llegar incluso a zonas del cuerpo muy distantes de su lugar de origen.

Nuestro principal mecanismo de defensa frente a enfermedades, sobre todo las debidas a agentes externos como virus, hongos y bacterias, es el sistema inmune. Este sistema está formado por un complejo entramado de moléculas, células, tejidos y órganos que pueden reconocer lo extraño frente a lo propio.

Como las células cancerígenas pertenecen a nuestro propio organismo, los componentes del sistema inmune no las reconocen. Esto es debido a unas moléculas que actúan a modo de DNI celular, que son propias y diferentes para cada persona. De modo general, se agrupan en el denominado complejo principal de histocompatibilidad (histo = tejido) y de ahí la dificultad de encontrar órganos compatibles en los trasplantes.

Reeducar a los linfocitos T

Los linfocitos T son un tipo de células del sistema inmune que pueden reconocer lo extraño frente a lo propio y combatirlo. Puesto que estos linfocitos no atacan a las células cancerígenas, al reconocerlas como propias, en la lucha contra el cáncer se están diseñando unas moléculas llamadas CAR (de las siglas en inglés para receptores de antígenos tumorales), que detectan a componentes específicos del tumor. Con ello, ayudan a los linfocitos T a reconocer a las células cancerosas para que actúen contra ellas.

Las primeras CAR que se diseñaron sólo producían una respuesta débil en la lucha contra el cáncer. Sin embargo, las CAR de segunda, tercera y cuarta generación presentan una estructura que permiten que el linfocito T reconozca mejor a la célula tumoral. Estos nuevos y potentes complejos moleculares son los llamados “CAR dependientes de adaptador”. Además, con esta terapia se intenta que un mismo linfocito pueda reconocer varios tipos de tumores, lo que supone una mayor protección.

El problema de los tumores sólidos

El tratamiento con CAR funciona bien en pacientes con tumores sanguíneos, en los que las células están en un entorno líquido. Pero cuando los tumores son sólidos, pueden crear un ambiente mucho más adverso para ser reconocidos.

Por ejemplo, las células malignas pueden producir el llamado factor de crecimiento transformante, que hace que determinadas células del sistema inmune, en concreto los macrófagos, cambien su función y en lugar de activar nuestras defensas las desactiven.

Afortunadamente, se está diseñando otro tipo de CAR, en este caso para que reconozca a este factor de crecimiento. Así, un linfocito T que encuentre al CAR unido al factor podrá atacar al tumor que lo libera.

También se están desarrollando sistemas que permitan que los linfocitos, además de liberar las toxinas (citotoxinas) que producen para acabar con los invasores, también sean capaces de atacar a las células cancerosas con un complejo CAR-citotoxina que penetre en los tumores sólidos y actúe desde dentro.

Activando a otras células luchadoras

Otras células del sistema inmune, como los macrófagos y las células NK, también son objeto de estudio en este tipo de terapias en la lucha contra el cáncer.

Los macrófagos y las células NK pertenecen al sistema inmune y son capaces de reconocer y destruir a los invasores. Además, los macrófagos pueden ayudar a otras células, como los linfocitos, a reconocer a lo extraño.

Se están generando tanto macrófagos como células NK modificadas genéticamente con el fin de que muestren en su membrana moléculas CAR, lo que aumenta su eficacia como agentes antitumorales.

Aún queda camino por recorrer en el diseño de este tipo de terapias, y en la evaluación de su efectividad y seguridad, pero no cabe duda de que los resultados son prometedores.