Investigadores ralentizan el envejecimiento

La esperanza de vida humana está relacionada con el envejecimiento de nuestras células individuales. Hace tres años, un grupo de investigadores de la Universidad de California en San Diego descifraron los mecanismos esenciales detrás del proceso de envejecimiento. Después de identificar dos direcciones distintas que siguen las células durante el envejecimiento, los investigadores manipularon genéticamente estos procesos para extender la vida útil de las células.

Como se describe el 28 de abril de 2023 en Science, ahora han ampliado esta investigación utilizando la biología sintética para diseñar una solución que evita que las células alcancen sus niveles normales de deterioro asociados con el envejecimiento. Las células, incluidas las de la levadura, las plantas, los animales y los seres humanos, contienen circuitos reguladores de genes que son responsables de muchas funciones fisiológicas, incluido el envejecimiento.

"Estos circuitos genéticos pueden funcionar como nuestros circuitos eléctricos que controlan dispositivos como electrodomésticos y automóviles", dijo la profesora Nan Hao del Departamento de Biología Molecular de la Escuela de Ciencias Biológicas, autora principal del estudio y codirectora del Instituto de Biología Sintética de la Universidad de California en San Diego.

Sin embargo, el grupo de la UC San Diego descubrió que, bajo el control de un circuito central de regulación de genes, las células no necesariamente envejecen de la misma manera. Imagina un coche que envejece a medida que el motor se deteriora o a medida que la transmisión se desgasta, pero no ambos al mismo tiempo. El equipo de UC San Diego imaginó un "proceso de envejecimiento inteligente" que extiende la longevidad celular mediante el deterioro del ciclo de un mecanismo de envejecimiento a otro.

En el nuevo estudio, los investigadores reconectaron genéticamente el circuito que controla el envejecimiento celular. Diseñaron un bucle de retroalimentación negativa para detener el proceso de envejecimiento. El circuito recableado funciona como un dispositivo similar a un reloj, llamado oscilador genético, que impulsa a la célula a cambiar periódicamente entre dos estados "en edad" perjudiciales, evitando un compromiso prolongado con cualquiera de los dos y, por lo tanto, ralentizando la degeneración de la célula.

Estos avances dieron como resultado una vida útil celular dramáticamente extendida, estableciendo un nuevo récord de extensión de vida a través de intervenciones genéticas y químicas.

Como suelen hacer los ingenieros eléctricos, los investigadores de este estudio utilizaron por primera vez simulaciones por ordenador de cómo funciona el circuito de envejecimiento central. Esto les ayudó a diseñar y probar ideas antes de construir o modificar el circuito en la célula. Este enfoque tiene ventajas en el ahorro de tiempo y recursos para identificar estrategias efectivas de pro-longevidad, en comparación con las estrategias genéticas más tradicionales.

"Esta es la primera vez que se utilizan principios de biología e ingeniería sintética guiados computacionalmente para rediseñar racionalmente los circuitos genéticos y reprogramar el proceso de envejecimiento para promover eficazmente la longevidad", dijo Hao.

Hace varios años, el equipo de investigación multidisciplinario de la UC San Diego comenzó a estudiar los mecanismos detrás del envejecimiento celular, un complejo proceso biológico que subyace a la longevidad humana y a muchas enfermedades. Descubrieron que las células siguen una cascada de cambios moleculares a lo largo de toda su vida hasta que finalmente degeneran y mueren. Pero se dieron cuenta de que las células del mismo material genético y dentro del mismo entorno pueden viajar a lo largo de distintas rutas de envejecimiento. Alrededor de la mitad de las células envejecen a través de una disminución gradual en la estabilidad del ADN, donde se almacena la información genética. La otra mitad envejece a lo largo de un camino vinculado al declive de las mitocondrias, las unidades de producción de energía de las células.

El nuevo logro de la biología sintética tiene el potencial de reconfigurar los enfoques científicos para el retraso por edad. A diferencia de los numerosos intentos químicos y genéticos de forzar a las células a estados artificiales de "juventud", la nueva investigación proporciona evidencia de que ralentizar las agujas del reloj de envejecimiento es posible al evitar que las células se comprometan en un camino predestinado de declive y muerte, y los osciladores genéticos similares a los de reloj podrían ser un sistema universal para ello.

"Nuestros resultados establecen una conexión entre la arquitectura de la red genética y la longevidad celular que podría conducir a circuitos genéticos diseñados racionalmente que ralentizan el envejecimiento", señalan los investigadores en su estudio.

Durante su investigación, el equipo estudió las células de levadura de Saccharomyces cerevisiae como un modelo para el envejecimiento de las células humanas. Desarrollaron y emplearon microscopía de lapso de tiempo para rastrear los procesos de envejecimiento a lo largo de la vida útil de la célula.

En el estudio actual, las células de levadura que fueron recableadas sintéticamente y envejecidas bajo la dirección del dispositivo oscilador sintético dieron como resultado un aumento del 82 % en la vida útil en comparación con las células de control que envejecieron en circunstancias normales. Los resultados revelaron "la extensión de la vida útil más pronunciada en la levadura que hemos observado con perturbaciones genéticas", señalaron.

"Nuestras células oscilantes viven más tiempo que cualquiera de las cepas de mayor vida identificadas previamente por pantallas genéticas imparciales", dijo Hao.

"Nuestro trabajo representa un ejemplo de prueba de concepto, que demuestra la aplicación exitosa de la biología sintética para reprogramar el proceso de envejecimiento celular", escribieron los autores, "y puede sentar las bases para diseñar circuitos genéticos sintéticos para promover eficazmente la longevidad en organismos más complejos".

Actualmente, el equipo está ampliando su investigación al envejecimiento de diversos tipos de células humanas, incluidas las células madre y las neuronas.

Tomado de: UC San Diego

Fuente: Science