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4.3: Muerte celular activa (altruista)

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    Un tipo de comportamiento que podrías pensar que sería imposible de producir para los procesos evolutivos sería la muerte activa, intencional o programada de una célula o un organismo. Sin embargo, tales comportamientos son sorprendentemente comunes en una amplia gama de sistemas 120. La muerte y liberación de hojas de árboles caducifolios en otoño es un ejemplo de un proceso programado de muerte celular conocido genéricamente como apoptosis. El proceso de muerte celular programada equivale al suicidio celular. Desempeña un papel importante en la formación de diversas estructuras dentro de organismos multicelulares, como los dedos de tus manos, que se desarrollarían como paletas sin ella, además de jugar un papel crítico en el desarrollo de los sistemas inmune y nervioso, temas mucho más allá del alcance de este libro (pero sumamente importante) 121. El proceso de muerte celular programada es distinto de la muerte celular accidental, como ocurre cuando una astilla empalpa una célula o te quemas la piel. Dicha muerte accidental conduce a lo que se conoce como necrosis, en la que los contenidos celulares se derraman fuera de la célula moribunda. A menudo provoca que diversos sistemas de defensa orgánica migren a la zona dañada, principalmente para combatir las infecciones bacterianas. La hinchazón e inflamación asociada a la lesión es un resultado indirecto de la muerte celular necrótica. En contraste, la muerte celular apoptótica ocurre por una vía bien definida y requiere energía para llevarla a cabo. El contenido celular se retiene durante el proceso y no se provoca ninguna respuesta inflamatoria del sistema inmune. En general parece desempeñar papeles específicos e importantes dentro del contexto del organismo. El compromiso con la muerte celular activa generalmente está muy estrechamente controlado. Una discusión detallada de los mecanismos moleculares involucrados en la apoptosis está fuera del alcance de este curso.

    Aquí consideraremos la muerte celular activa/programada en el contexto de sistemas más simples, específicamente aquellos formados por organismos unicelulares. En organismos unicelulares, la muerte celular activa es un proceso desencadenado por tensiones ambientales junto con la detección de quórum. En esta situación, un subconjunto de las células “decidirá” sufrir la muerte celular activa activando una vía que conduzca a la muerte de la célula. Ahora, cuando muere una célula en un ambiente densamente poblado, su contenido se libera y puede ser utilizado por las células vivas que quedan. Estas células vivas obtienen un beneficio, y nosotros predeciríamos que el aumento de nutrientes incrementará sus posibilidades de supervivencia y reproducción exitosa. Esta estrategia funciona porque a medida que el ambiente se vuelve hostil, no todas las células mueren al mismo tiempo. Como veremos más adelante, este tipo de comportamiento individualista puede ocurrir incluso en un grupo de células genéticamente idénticas a través de la acción de procesos estocásticos.

    Entonces, ¿cómo se matan las células (a propósito)? Muchos usan una estrategia similar. Contienen un gen que dirige la expresión de una molécula de toxina, que por sí misma matará a la célula. Este gen se expresa de manera continua. Se han identificado muchas moléculas de toxina distintas, por lo que parecen ser análogas en lugar de homólogas. Ahora bien puede preguntarse cómo podría existir tal gen, cómo sobrevive la célula en presencia de un gen que codifica una toxina. La respuesta es que la célula también tiene un gen que codifica una molécula antitoxina, que típicamente se une a la toxina y la vuelve inactiva. Dentro de la célula, el complejo toxina-anti-toxina se forma pero no hace daño, ya que es inactivo, la actividad de la toxina es inhibida por la unión a la molécula antitoxina. Sin embargo, las moléculas de toxina y anti-toxina difieren de una manera particularmente importante. La molécula de toxina es relativamente estable, una vez hecha, existe por un período sustancial de tiempo antes de que sea degradada por otros sistemas moleculares dentro de la célula. Por el contrario, la molécula antitoxina es inestable. Se degrada rápidamente. La molécula anti-toxina puede mantenerse a un nivel lo suficientemente alto como para inhibir la toxina solo si se sintetizan continuamente nuevas moléculas anti-toxina. En cierto sentido la célula se ha vuelto adicta al módulo toxina-anti-toxina.

    ¿Qué sucede si la célula está estresada, ya sea por cambios en su entorno o quizás por infección por un virus? A menudo, la actividad celular, incluida la síntesis de componentes celulares (como la antitoxina) se ralentiza o se detiene. Ahora, ¿puedes predecir qué pasa? El nivel de la molécula de toxina estable dentro de la célula permanece alto, disminuyendo solo lentamente, mientras que el nivel de la antitoxina inestable baja rápidamente. A medida que el nivel de la anti-toxina cae por debajo del nivel umbral requerido para mantener la toxina inactiva, la toxina ahora activa inicia el proceso de muerte celular activa.

    Además de que la célula moribunda comparte sus recursos con sus vecinos, la muerte celular activa puede ser utilizada como un mecanismo de defensa de toda la población contra la infección viral. Una de las características clave de los virus es que deben replicarse dentro de una célula viva. Una vez que un virus ingresa a una célula, normalmente se desensambla y se propone reprogramar la maquinaria biosintética de la célula para generar nuevas copias del virus. Durante el periodo entre el desensamblaje viral y la aparición de virus recién sintetizados, el virus infeccioso desaparece, se dice que está latente. Si la célula se mata a sí misma antes de que se sintetizen nuevos virus, también mata al virus infectante. Al matar al virus (y a sí misma) la célula infectada actúa para proteger a sus vecinos de la infección viral; esto puede verse como el tipo de comportamiento altruista y abnegador que hemos estado considerando 122.

    Colaboradores y Atribuciones

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