¿Por qué reinventar la rueda cuando la naturaleza tiene la respuesta?
Eso es lo que el investigador Michael Janech, Ph.D. de la Universidad de Medicina de Carolina del Sur, ha encontrado que es verdad, basándose en el campo de la biomimética donde los investigadores buscan soluciones creativas a los problemas humanos en la naturaleza.
En el caso de Janech, su inspiración natural proviene de los delfines que parecen tener proteínas protectoras que pueden contener pistas sobre tratamientos para enfermedades asociadas al envejecimiento en humanos. Un estudio reciente publicado en Nature's Informes científicos el número del 26 de septiembre encontró que el suero de delfín contiene niveles muy altos de una proteína antioxidante.
Janech, directora del Laboratorio de Proteómica de Nefrología del MUSC, dijo que estaba sorprendido por el hallazgo y entusiasmado con la forma en que esto podría usarse en futuros estudios para ayudar a los humanos. Los delfines sobreviven inmersiones que privan a los órganos vitales de oxígeno sin causar daños y que para los humanosser letal. Durante las inmersiones que pueden durar hasta 90 minutos, los mamíferos marinos restringen el flujo sanguíneo a los riñones, el hígado, el corazón y los pulmones para derivar más oxígeno al cerebro.
Cuando los mamíferos marinos resurgen, el flujo sanguíneo oxigenado se restaura a esos órganos sin que los órganos sufran daños. Sin embargo, en los humanos, el mismo fenómeno de hipoxia o privación de oxígeno seguido de reoxigenación, como la experimentada durante un ataque al corazón, un derrame cerebraly la lesión renal aguda, provoca la liberación de radicales libres que se cree que dañan los órganos humanos. Janech, investigadora de riñones y experta en proteómica, tenía curiosidad por saber qué les da a los delfines esta ventaja.
La proteómica es el estudio de todas las proteínas que están codificadas por los genes, dijo. "Intentamos analizar todas las proteínas a la vez en lugar de proteínas individuales al mismo tiempo en una célula o un tejido o un organismo. Es como la genómica- cuando las personas observan 20,000 genes y ven si son altos o bajos en ciertos estados de enfermedad. Estamos haciendo lo mismo con ciertas proteínas ".
Eso no es poca cosa
"Hay más de 100,000 variantes de proteínas, pero cada proteína se puede modificar. Tenemos más de un millón de variantes de proteínas diferentes basadas en modificaciones"
Debido a que la diversidad de proteínas es tan grande, los investigadores generalmente requieren espectrómetros de masas que funcionen a alta resolución, lo que permite a los investigadores determinar con precisión la identidad de las proteínas y otras moléculas de interés. Esta experiencia fue útil en cómo surgió el estudio actual.
Mientras Janech trabajaba con el Centro de Mamíferos Marinos en Sausalito, California, y la Fundación Nacional de Mamíferos Marinos en San Diego, California, para identificar biomarcadores en leones marinos afectados por floraciones de algas tóxicas en la costa oeste, se enteró de que algunos de loslos delfines administrados en el programa de Mamíferos Marinos de la Marina de los Estados Unidos vivían mucho más tiempo que los salvajes
Estaban desarrollando resistencia a la insulina y enfermedad del hígado graso a medida que envejecían, un proceso consistente con el desarrollo del síndrome metabólico en las personas. Esta observación presentó una rara oportunidad.
"Ese no es un modelo que cualquiera vea en la naturaleza, porque los delfines generalmente no envejecen tanto", dijo Janech.
Janech unió fuerzas con Stephanie Venn-Watson, directora del Programa de Investigación de Medicina Traslacional de la Fundación Nacional de Mamíferos Marinos en San Diego, y Randall Wells, director del Programa de Investigación de Delfines Sarasota de la Sociedad Zoológica de Chicago en Florida. Venn-Watson es un experto veterinariode las poblaciones administradas de delfines de la Marina, mientras que Wells es un experto en biología de delfines salvajes.
Juntos, el grupo está tratando de determinar la causa de la resistencia a la insulina en delfines manejados, y luego usar el conocimiento de las similitudes entre humanos y delfines para encontrar pistas para tratar la afección en ambas especies. Con el financiamiento proporcionado por la Oficina de Investigación Naval, Janechel laboratorio comenzó a rastrear la adiponectina en el suero de las poblaciones de delfines nariz de botella manejados y salvajes.
Se predijo que los niveles de adiponectina, una hormona sensibilizante a la insulina, serían diferentes en los delfines manejados con síndrome metabólico en comparación con los de la naturaleza. Para verificar la relevancia de su trabajo para el síndrome metabólico humano, también realizaron proteómica simpleanálisis en muestras de suero humano y delfín.
Dado que las principales proteínas en los mamíferos son constantes en todas las especies, esperaban que la concentración más alta de proteínas fuera similar en ambas especies. Sin embargo, lo que encontraron cuando miraron justo por debajo del umbral fue sorprendente, dijo.
Once proteínas fueron al menos 100 veces más prevalentes en el suero de delfines que en los humanos. Al principio, el grupo descartó esto como una diferencia en la ascendencia genética: en alguna rama filogenética en el árbol evolutivo del desarrollo, algunos mamíferos se ramificaron yse convirtió en ungulados de dos dedos y algunos se convirtieron en primates.
Los delfines nariz de botella son mamíferos descendientes de ungulados de dedos pares, como cerdos, venados y jirafas. Para comprobar que este fuera el caso, también cartografiaron el proteoma sérico del cerdo y se sorprendieron nuevamente. Las diferencias de rango de 100 vecesen 5 de las proteínas, incluidas la vanina-1 y la adiponectina, no se pudo explicar por simples diferencias filogenéticas.
Si bien se sabe que la adiponectina es más alta en los delfines, como una forma de controlar el almacenamiento de glucosa durante la alimentación, la vanina-1 muy alta fue un hallazgo nuevo. Curiosamente, los niveles excesivamente altos de vanina-1 se correlacionaron con la disminución de la función hepática en los delfines salvajes, lo que sugiere que proporcionan un efecto protector para evitar el síndrome metabólico. Pero Janech, Venn-Watson y Wells también notaron otra necesidad potencial de vanin-1. La función de vanin-1 es producir vitamina B5 y al hacerlo libera unantioxidante que se ha demostrado que protege los tejidos de lesiones como la que ocurre después de la hipoxia y la reoxigenación del buceo y el rejuvenecimiento.
La pregunta es si esto podría funcionar también para ayudar a los humanos a resistir la hipoxia que causa la lesión renal aguda, que Janech ha solicitado una beca para estudiar en la National Science Foundation. Él y sus colegas están recolectando muestras de diferentes tipos de buceo ymamíferos marinos que no bucean y mamíferos terrestres, y mapean sus proteomas también. Han continuado su colaboración actual, y también incluyeron estudiantes graduados del Laboratorio Marino Grice de la Universidad de Charleston e investigadores de los Institutos Nacionales de Estándares y Tecnología enHollings Marine Laboratory para ayudar con sus mediciones.
Janech dijo que hay mucho que aprender del campo de la biomimética, especialmente en combinación con la proteómica.
"Las proteínas son los caballos de batalla de los genes. Es cómo el gen proporciona la función a la célula. La acción de la célula ocurre a través de las proteínas. Por eso queremos estudiar las proteínas. Estas son sus enzimas", dijo.
"Este es el primer paso. Queríamos preguntar qué es diferente en un animal que puede hacer algo que lastimaría a un humano, y lo hacen todos los días. ¿Y podemos llevarlo de vuelta a la medicina humana?"
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Materiales proporcionados por Universidad de Medicina de Carolina del Sur . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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