Las células de nuestro cuerpo son como ciudades bulliciosas, funcionan con un sistema impulsado por hierro que utiliza peróxido de hidrógeno (H₂O₂) no sólo para limpiar la suciedad sino también para enviar señales críticas. Normalmente, esto funciona bien, pero bajo estrés, como una inflamación o un aumento en el uso de energía, el estrés oxidativo daña las células a nivel genético.
Esto se debe a que el hierro y el H₂O₂ reaccionan en lo que se conoce como reacción de Fenton, produciendo radicales hidroxilo, moléculas destructivas que atacan al ADN y al ARN de forma indiscriminada. Pero hay un problema. En presencia de dióxido de carbono, ese molesto gas que altera los sistemas climáticos globales, nuestras células obtienen un arma secreta en forma de bicarbonato que ayuda a mantener equilibrados los niveles de pH.
Un equipo de químicos de la Universidad de Utah ha descubierto que el bicarbonato no sólo actúa como un amortiguador del pH sino que también altera la propia reacción de Fenton en las células. En lugar de producir radicales hidroxilo caóticos, la reacción produce radicales carbonato, que afectan al ADN de una manera mucho menos dañina, según Cynthia Burrows, distinguida profesora de química y autora principal de un estudio publicado esta semana en PNAS.
«Muchas enfermedades, muchas afecciones tienen el estrés oxidativo como componente de la enfermedad. Eso incluiría muchos cánceres, efectivamente todas las enfermedades relacionadas con la edad, y muchas enfermedades neurológicas», dijo Burrows. «Estamos tratando de comprender la química fundamental de las células bajo estrés oxidativo. Hemos aprendido algo sobre el efecto protector del CO₂ que creo que es realmente profundo».
Los coautores incluyen a Aaron Fleming, profesor asociado de investigación, y al candidato a doctorado Justin Dingman, ambos miembros del Laboratorio Burrows.
Sin bicarbonato ni CO₂ presentes en las reacciones experimentales de oxidación del ADN, la química también es diferente. La especie de radical libre generada, el radical hidroxilo, es extremadamente reactiva y golpea el ADN como un disparo de escopeta, causando daños en todas partes, dijo Burrows.
Por el contrario, los hallazgos de su equipo muestran que la presencia de bicarbonato del CO₂ disuelto cambia la reacción para producir un radical más suave que ataca solo a la guanina, la G en nuestro código genético de cuatro letras.
«Como lanzar un dardo a la diana donde G es el centro del objetivo», dijo Burrows. «Resulta que el bicarbonato es un amortiguador importante dentro de las células. El bicarbonato se une al hierro y cambia por completo la reacción de Fenton. No se producen estos radicales súper altamente reactivos que todo el mundo ha estado estudiando durante décadas».
¿Qué significan estos hallazgos para la ciencia? Potencialmente mucho.
Para empezar, el descubrimiento del equipo muestra que las células son mucho más inteligentes de lo que se pensaba anteriormente, lo que podría cambiar la forma en que entendemos el estrés oxidativo y su papel en enfermedades como el cáncer o el envejecimiento.
Pero también plantea la posibilidad de que muchos científicos que estudian el daño celular hayan estado realizando experimentos de laboratorio de maneras que no reflejan el mundo real, lo que hace que sus resultados sean sospechosos, dijo Burrows. Los químicos y biólogos de todo el mundo cultivan células en un cultivo de tejidos en una incubadora a 37 grados centígrados, o temperatura corporal. En estas culturas, los niveles de dióxido de carbono se elevan al 5%, o aproximadamente 100 veces más concentrado que lo que se encuentra en la atmósfera.
El CO₂ elevado recrea el entorno en el que normalmente habitan las células mientras metabolizan los nutrientes; sin embargo, se pierde cuando los investigadores comienzan sus experimentos fuera de la incubadora.
«Es como abrir una lata de cerveza. Liberas CO₂ cuando sacas las células de la incubadora. Es como hacer experimentos con un vaso de cerveza del día anterior. Es bastante plano. Ha perdido el CO₂, su amortiguador de bicarbonato. «, Dijo Burrows. «Ya no se cuenta con la protección del CO₂ para modular la reacción de hierro y peróxido de hidrógeno».
Ella cree que es necesario agregar bicarbonato para garantizar resultados confiables de tales experimentos.
«La mayoría de la gente omite el bicarbonato/CO₂ cuando estudia la oxidación del ADN porque es difícil lidiar con la constante desgasificación de CO₂», dijo Burrows. «Estos estudios sugieren que para obtener una imagen precisa del daño en el ADN que se produce a partir de procesos celulares normales como el metabolismo, los investigadores deben tener cuidado de imitar las condiciones adecuadas de la célula y agregar bicarbonato, es decir, levadura en polvo».
Burrows anticipa que su estudio podría generar resultados no deseados que algún día podrían beneficiar la investigación en otras áreas. Su laboratorio está buscando nueva financiación de la NASA, por ejemplo, para estudiar el efecto del CO₂ en personas confinadas en espacios cerrados, como el interior de cápsulas espaciales y submarinos.
«Tienes astronautas en una cápsula viviendo y respirando, y exhalando CO₂. El problema es ¿cuánto CO₂ pueden manejar con seguridad en su atmósfera? Una de las cosas que encontramos es que, al menos en términos de cultivo de tejidos, El CO₂ tiene un efecto protector contra algunos de los daños por radiación que estos astronautas podrían experimentar. Entonces, lo que quizás quieras hacer es aumentar ese nivel de CO₂. Ciertamente no quieres que sea muy alto, pero tenerlo un poco más alto en realidad podría tenerlo. a Efecto protector contra la radiación, que genera radicales hidroxilo.»
