Cuando los osos y las ardillas terrestres hibernan en invierno, dejan de comer y sobreviven hasta la primavera simplemente gracias a las reservas de grasa que han almacenado en sus cuerpos. Por lo general, este tipo de ayuno e inactividad prolongados reducirían significativamente la masa y la función de los músculos, pero los hibernadores no sufren este destino. Sin embargo, cómo lo evitan ha sido un misterio.
Ahora, en una investigación publicada en Science, un biólogo de la Universidad de Montreal descubrió por qué, y sus hallazgos podrían tener implicaciones para, entre otras cosas, el futuro de los viajes espaciales. Al estudiar una variedad llamada ardilla terrestre de 13 líneas quees común en América del Norte, Matthew Regan ha confirmado una teoría conocida como "rescate de nitrógeno de urea" que se remonta a la década de 1980.
La teoría postula que los hibernadores aprovechan un truco metabólico de sus microbios intestinales para reciclar el nitrógeno presente en la urea, un compuesto de desecho que generalmente se excreta como orina, y lo usan para construir nuevas proteínas de tejido.
¿Cómo podría ser útil este descubrimiento en el espacio? Teóricamente, postula Regan, al ayudar a los astronautas a minimizar sus propios problemas de pérdida de masa muscular causados por la supresión de la síntesis de proteínas inducida por la microgravedad y que ahora intentan reducir mediante el ejercicio intensivo.
Si se pudiera encontrar una manera de aumentar los procesos de síntesis de proteínas musculares de los astronautas utilizando nitrógeno ureico recuperado, podrían lograr una mejor salud muscular durante los viajes largos al espacio profundo en naves espaciales demasiado pequeñas para el equipo de ejercicio habitual, dice el argumento.
"Debido a que sabemos qué proteínas musculares se suprimen durante los vuelos espaciales, podemos comparar estas proteínas con las que se mejoran con la recuperación de nitrógeno ureico durante la hibernación", dijo Regan, quien llevó a cabo esta investigación durante su posdoctorado en la Universidad de Wisconsin-Madison.
Ahora continúa su trabajo a través de una beca de investigación de la Agencia Espacial Canadiense en la UdeM, donde el año pasado ocupó un puesto como profesor asistente de fisiología animal en el Departamento de Ciencias Biológicas.
"Si", continuó Regan, "hay una superposición entre las proteínas en el vuelo espacial y las de la hibernación, entonces sugiere que este proceso puede tener beneficios para la salud muscular durante el vuelo espacial".
Un modelo de hibernación
En su estudio, Regan diseñó una serie de técnicas y experimentos para investigar los principales pasos en el proceso de recuperación de urea y proporcionar evidencia de si ocurren o no en la ardilla terrestre de 13 líneas cuando hiberna.
Para hacer eso, en su laboratorio inyectaron la sangre de sus ardillas de prueba con urea "doblemente marcada", lo que significa que el átomo de carbono de la urea era 13C en lugar de la habitual12C, y sus átomos de nitrógeno eran 15N en lugar de la habitual14N. Estas etiquetas les permitieron rastrear el carbono y el nitrógeno provenientes de la urea a través de los diferentes pasos del proceso de recuperación del nitrógeno de la urea.
Descubrieron que ese proceso condujo desde el transporte inicial de urea desde la sangre hasta el intestino, hasta la descomposición de la urea en sus partes componentes por parte de los microbios intestinales, hasta el flujo de sustancias, llamadas metabolitos, que contienen nitrógeno de urea de regresoen el animal, y finalmente a la eventual aparición de este nitrógeno ureico en la proteína tisular.
"Esencialmente, viendo 13C y/o 15 N en los metabolitos en estos diversos pasos indicaron que se originaron a partir de la urea y, por lo tanto, que el hibernador estaba utilizando nitrógeno de urea de recuperación", dijo Regan.
Hizo sus experimentos con ardillas con y sin microbiomas intestinales en tres épocas del año: verano, cuando estaban activas y no hibernaban; principios de invierno, cuando tenían un mes de ayuno e hibernación; y finales de invierno, cuando estabancuatro meses en ayuno e hibernación.
'Evidencia clara de recuperación de nitrógeno'
Lo que encontraron fue definitivo: en cada paso del proceso, hubo evidencia clara de recuperación de nitrógeno ureico por parte de las ardillas con microbiomas intestinales intactos.
Es importante destacar que las ardillas con microbiomas intestinales agotados no mostraron evidencia de recuperación de nitrógeno ureico en ningún paso, lo que confirma que este proceso dependía completamente de la capacidad de los microbios intestinales para degradar la urea, algo que las ardillas no pueden hacer por sí mismas.
Regan y su equipo también hicieron otros dos hallazgos importantes:
- Primero, la incorporación de nitrógeno ureico en la proteína tisular de las ardillas fue más alta a fines del invierno, lo que sugiere que la recuperación de nitrógeno ureico se vuelve más activa a medida que avanza la temporada de hibernación. Esto es diferente a la mayoría de los procesos fisiológicos durante la hibernación, cuando tienden a ser significativamentereducido.
- Segundo, había evidencia de que los propios microbios estaban usando el nitrógeno ureico para construir sus propias proteínas nuevas, lo cual es útil para ellos porque, como la ardilla, están en condiciones de hibernación en ayunas. Por lo tanto, tanto la ardilla como sus microbios se beneficiandel rescate de nitrógeno ureico, lo que hace de este proceso una verdadera simbiosis.
Lo que esto significa, dijo Regan, es que las ardillas emergen de la hibernación en la primavera en buena forma. Esto es importante porque la única temporada de apareamiento del año, que es una época de intensa actividad física tanto para machos como para hembras, ocurre inmediatamente despuésemergen de la hibernación. La función del tejido, particularmente la función del tejido muscular, es por lo tanto muy importante para una temporada de apareamiento exitosa.
"Al facilitar la síntesis de proteínas musculares al final de la temporada de hibernación, la recuperación de nitrógeno ureico puede ayudar a optimizar la función muscular de las ardillas emergentes y contribuir a su éxito reproductivo durante la temporada de apareamiento", dijo Regan.' aptitud biológica general".
Masas hambrientas y ancianos
Más allá de las implicaciones para los viajes espaciales y la salud de los astronautas, el descubrimiento de Regan podría tener impactos más inmediatos ahora mismo aquí en la Tierra, en las masas hambrientas del mundo subdesarrollado y en los ancianos.
Cientos de millones de personas en todo el mundo experimentan pérdida de masa muscular como consecuencia de diversas condiciones: la desnutrición, por ejemplo, afecta a más de 805 millones de personas en todo el mundo. Más frecuente en Canadá es la sarcopenia, una disminución de la masa muscular relacionada con la edad derivada de la falta de sensibilidad anabólicaque afecta a todos los humanos, lo que lleva a una disminución del 30 al 50 por ciento en la masa muscular esquelética entre las edades de 40 y 80 años.
"Los mecanismos que los mamíferos como la ardilla terrestre de 13 líneas han desarrollado naturalmente para mantener el equilibrio de proteínas en sus propias situaciones de limitación de nitrógeno pueden informar estrategias para maximizar la salud de otros animales con limitación de nitrógeno, incluidos los humanos", dijo Regan. Unola solución podría ser desarrollar una píldora prebiótica o probiótica que las personas pudieran tomar para promover un microbioma intestinal del tipo que tienen los animales que hibernan como las ardillas.
"Para ser claros, estas aplicaciones, aunque teóricamente posibles, están muy lejos de ser entregadas, y se necesita mucho trabajo adicional para traducir este mecanismo evolucionado naturalmente de manera segura y efectiva a los humanos", dijo Regan.
"Pero una cosa que encuentro alentadora es que un estudio de principios de la década de 1990 proporcionó alguna evidencia de que los humanos son capaces de reciclar pequeñas cantidades de nitrógeno ureico a través de este mismo proceso. Esto sugiere que la maquinaria necesaria está en su lugar. Solo necesitaoptimizarse".
