Sistema nervioso celular
En https://fortanete.mabingenieros.com/la-ameba-de-pavlov.htm, a propósito del descubrimiento de que organismos unicelulares y, por lo tanto, desprovistos de sistema nervioso, como las amebas, tienen capacidad de aprendizaje por condicionamiento, conjeturaba yo la posibilidad de que tuviesen un análogo de ese sistema que funcionara mediante moléculas receptoras, moléculas transportadoras y canales constituidos por el citoesqueleto. En marzo de 2024, un equipo de oncólogos de diversas especialidades publicó un artículo sobre cómo pueden gestionar la información las células, tanto internamente como en el nivel intercelular https://doi.org/10.1016/j.isci.2024.109614 que a mi entender apoya la idea de la existencia de ese análogo del sistema nervioso a nivel celular. Los autores defienden la hipótesis de que, además de la información genética y su interacción con la información ambiental, puede haber información a la que las células responden adaptativamente sin intervención de la información genética, mediante gradientes y flujos de iones a través de la membrana y por los microtúbulos y microfilamentos del citoesqueleto, como se esquematiza aquí:
Figura 1
Entre las dos caras de la membrana celular se mantiene una diferencia de potencial eléctrico por la diferencia de concentración de varios iones a un lado y otro de la membrana. Estos iones K+, Na+,Ca2+, Mg2+, Cl- y diversos aniones orgánicos no pueden atravesar la doble capa fosfolípidica, que es hidrófoba, pero la atraviesan por diversos canales proteínicos, algunos de los cuales permiten su paso libremente y otros se abren y se cierran respondiendo a diversas modificaciones del medio. Hay canales que permiten el paso de varios iones diferentes y otros que son selectivos. En realidad, el paso de los iones no es libre y la apertura de los canales iónicos requiere energía. Si así fuera, si el paso de los iones a través de la membrana fuera libre, pronto se establecería un equilibrio, con concentraciones iguales a ambos lados de la membrana, lo cual equivaldría a la muerte celular. Se sabe que la relación de concentraciones iónicas dentro y fuera de la membrana es variable, tanto en el tiempo como en el espacio, según las condiciones ambientales, lo cual es lo mismo que decir que el potencial de membrana es variable.
Estos investigadores se centran en los flujos de iones como portadores de información. Dicen que las dinámicas de las membranas neuronales serían una especialización de procesos generales en todas las células.
En detalle, su hipótesis parte tanto de los variables potenciales de membrana, como del hecho de que la apertura de los canales dependa de otras proteínas que podríamos llamar receptoras que actúan sobre ellos, como de que en el citoplasma haya cientos de proteínas activadas por iones que intervienen en muchos procesos celulares, como el metabolismo de la glucosa, el pH, las respuestas a ligandos extrínsecos, etc.
Una extensa literatura sobre investigación en señalización bioeléctrica por cierto, según nos dicen estos investigadores, investigación que hasta ahora no se había preocupado por su función biológica, para lo que aquí interesa, permite asegurar: 1 que microtúbulos y microfilamentos los constituyentes del citoesqueleto conducen iones y electrones; 2 que estos elementos microtúbulos y microfilamenros se autoensamblan rápidamente en dependencia de las concentraciones de iones citoplasmáticos y del potencial de membrana; 3 hay evidencia de fuertes interacciones mutuas entre los elementos del citoesqueleto y los canales iónicos; y 4 hay una profunda interconexión entre el citoesqueleto, por una parte, y las mitocondrias y el retículo endoplasmático para entregar macromoléculas y energía a los lugares de perturbación y la membrana nuclear a través de un complejo que puede controlar la transcripción génica y el movimiento de los cromosomas.
Partiendo de estos conocimientos y de los que se tienen sobre la comunicación intercelular, nuestros oncólogos construyeron un modelo cuasi-físico de célula sobre el que incidirían diversas perturbaciones conducentes a cambios en los flujos de iones entre el exterior y el citoplasma periférico y en el citoplasma que afectarían a diversos orgánulos. El modelo tiene en cuenta los modelos aceptados de transmisión de información intercelular y aplica ese conocimiento al nivel intracelular.
Las figuras 2, 3 y 4 explican mejor de lo que yo sería capaz el modelo y su funcionamiento.
Figura 2. Esquema del modelo cuasi-físico de célula. Las discontinuidades de la membrana representan los canales iónicos.
Figura 3. Junto a la membrana perturbada se produce el autoensamblaje de los elementos del citoesqueleto, que conducen los iones a los nodos y a los orgánulos.
Figura 4. Esquema de la propagación de información por flujo de iones: 1 el intercambio de iones a través de la membrana afecta al citoplasma periférico, 2 el flujo de iones es conducido por los elementos del citoesqueleto, 3 la red dinámica y autoensamblable que es el citoesqueleto tiene nodos donde se produce la suma de las unidades de información, 4 los nodos están asociados a orgánulos que responden a la información, 5 de algunos nodos llega la información al retículo endoplasmático y al complejo que controla la función génica, produciéndose una respuesta génica. Nótese que no toda la información tiene que llegar al núcleo, permitiendo respuestas rápidas.
Se trata de un modelo teórico a comprobar por los biólogos y los bioquímicos, un modelo que, de ser ajustado a la realidad, sentaría las bases para la comprensión del hecho de que las amebas sean capaces de aprendizaje por condicionamiento, ya que poseerían un análogo del sistema nervioso de los animales con la coincidencia de diversas vías en un mismo nodo que llevaría a responder a estímulos condicionados, como lo hacen.
Nota: las figuras proceden del artículo comentado, aunque las leyendas son mías.
Diciembre de 2024