No se trata de ciencia ficción sino de una de las paradojas que encierran los conocimientos científicos. Una investigación que dirigió una física argentina demuestra que los mensajes que transmiten el calcio y otras sustancias en las células llegan más rápido de lo que se creía.

(18/05/06 – CyTA – Instituto Leloir. Por Bruno Geller) – ¿Ha visto alguna vez que el mensaje de una carta llegue antes que el cartero? Evidentemente nunca. Sin embargo, el calcio y otras sustancias son mensajeros capaces de realizar esta proeza.

En una investigación publicada en la revista científica Proceedings of the National Academy of Sciences de abril, Silvina Ponce Dawson, Directora del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA junto con colaboradores de MIT, el Laboratorio Nacional de Los Alamos y la Universidad de Pennsylvania en los Estados Unidos se orientaron a responder este misterio.

Dawson y sus colegas estudiaron las señales que transporta el calcio, es decir, la función del calcio como mensajero en los sistemas biológicos. Las respuestas encontradas tienen implicancias para distintos procesos que ocurren en las células.

“El calcio está presente, por ejemplo, cuando llega una señal eléctrica a una neurona y se tiene que mandar esa señal hacia otra célula. Ahí está involucrado el ingreso de calcio desde afuera hacia adentro de la célula, lo que hace que el mensaje sea enviado a la neurona siguiente”, explica Ponce Dawson.

La transmisión de señales entre las células involucra la liberación de calcio dentro del citoplasma, que está en el interior de las mismas. Habitualmente el proceso se inicia cuando el calcio ingresa desde el medio extracelular a través de los llamados canales iónicos, pequeños poros que se abren o cierran frente a determinados estímulos. La elevación de la concentración de calcio – el mineral más abundante en el organismo humano – dentro del citoplasma genera distintas respuestas. Por esta razón, al calcio se lo considera un mensajero.

El calcio se difunde en los sistemas biológicos transportando mensajes que generan diversas respuestas, como la contracción muscular, favorecer mecanismos de comunicación en el interior de las células, y también entre ellas, como ocurre con las neuronas. Este elemento también está involucrado en procesos de la memoria a nivel neuronal. Además, cumple un papel clave en la fertilización, dado que dispara la maquinaria de la división celular cuando el óvulo es fecundado por un espermatozoide.

“Los iones de calcio que ingresan a la célula no siguen una línea recta –explica Ponce Dawson – más bien van a los tumbos como una persona borracha, se desplazan y chocan con las moléculas, principalmente de agua, que encuentran en su camino. Esta forma de trasladarse se llama difusión”.

Si uno tiene una habitación muy grande llena de obstáculos y de repente permite que entren por una puerta muchos de estos “borrachos”, cada uno irá chocando con distintas cosas y saldrá “despedido”, luego de cada choque, en direcciones diferentes. El efecto neto es que, luego de un cierto tiempo, los borrachos estarán repartidos por distintos lugares de la habitación.

Pero no siempre la difusión del calcio y otras sustancias ocurre libremente, muchas veces se modifica por la presencia de trampas, otras sustancias prácticamente inmóviles que atrapan al calcio mientras difunde dentro de la célula.

“En muchos fenómenos biológicos hay una sustancia que difunde – aclara Ponce Dawson- , el problema es que en algunos casos las sustancias no difunden libremente, es decir, no sólo chocan con las moléculas de agua u otros ‘obstáculos’ que encuentran en su camino, sino que también son ‘atrapadas’ por otras sustancias presentes en el interior celular. Estas sustancias, llamadas buffers, son estructuras constituidas por proteínas y forman reservorios de calcio o de otras sustancias mensajeras, según sea el caso.”

Los biólogos emplean varias técnicas para medir la rapidez y la forma en que se difunden el calcio y otras sustancias en diversos procesos biológicos. Una de ellas es la Recuperación de Fluorescencia tras Fotoblanqueo (FRAP), que permite seguir el recorrido del calcio con microscopios utilizando materiales que lo hacen fluorescente. En esta técnica, se marcan subconjuntos de moléculas de calcio –u otras sustancias- usando indicadores fluorescentes.

Sin embargo, según Ponce Dawson y sus colegas esta técnica no es efectiva, porque no tiene en consideración el calcio atrapado en los buffers. Durante la investigación observaron que el calcio marcado con fluorescencia que entra en las células, por ejemplo para trasmitir un mensaje que provoque la contracción de un músculo, induce la liberación del calcio que estaba atrapado en los buffers. Estas concentraciones de calcio, no visibles en el microscopio, terminan provocando de forma anticipada la respuesta que pretendía generar el calcio mensajero.

“Es como una carrera de relevos – ejemplifica Ponce Dawson -, la concentración de calcio que podríamos llamar mensajero entra a la célula y desencadena la liberación de calcio de los buffers, que actúan como postas de relevo. Así, las reservas de calcio llevan el mensaje a destino antes de que el calcio que ingresó a la célula llevando el mensaje llegue al mismo punto”.

La conclusión de los investigadores es que los resultados de los experimentos en los que se emplea la técnica FRAP deben ser analizados con cuidado, dado que los mensajes pueden llegar antes que los mensajeros.

“Si los biólogos siguen el calcio marcado con fluorescencia y pierden de vista el calcio liberado de los reservorios – advierte Ponce Dawson – pensarán que sus mediciones para describir la velocidad de difusión del calcio son correctas, cuando en realidad necesitan un ajuste para considerar el calcio de los buffers, que es invisible al miscroscopio, pero será portador en definitiva del mismo mensaje que llevaba el calcio que ingresó a la célula”.

La investigación de este equipo de científicos argentinos y estadounidenses constituye un llamado de atención desde la física para la interpretación de los resultados de los experimentos en los que se mide difusión efectiva del calcio y otras sustancias. Demuestra que, en algunos casos, las sustancias mensajeras difunden más rápido de lo que dice la literatura científica.

Es también un claro ejemplo de cómo el trabajo interdisciplinario permite avances considerables en el ámbito científico. El aporte de la física a la biología ha dado nacimiento a la física biológica, disciplina que acelera la resolución de diversos proyectos científicos en los que se usan modelos matemáticos para interpretar problemas del área de la biología relacionados con el metabolismo, los ritmos circadianos, las redes de neuronas y el desciframiento del genoma humano, entre otros.