Los investigadores descubren un sensor que permite a los mamíferos detectar temperaturas inferiores a 20 grados centígrados. La proteína también se encuentra en el cerebro. Sin embargo, desde el punto de vista de la biología evolutiva, probablemente ya lleva mucho más tiempo ocurriendo en el sistema nervioso periférico.
«Brrrrr. . .» Una mujer se prepara para el tradicional baño de Año Nuevo en el Canal de la Mancha en Falmouth, Inglaterra.
Incluso los gusanos necesitan saber cuando hace demasiado frío. Porque entonces el organismo debería adaptar su metabolismo y comportamiento. Esto también se aplica a animales y humanos más desarrollados. Para mantener calientes los órganos vitales, el cuerpo reduce el flujo sanguíneo a la piel cuando hace frío. Por si fuera poco, enciende su sistema de calefacción y hace que sus músculos tiemblen involuntariamente. De esta manera, el organismo intenta evitar la amenaza de daño a los tejidos y, en última instancia, de muerte si el frío continúa.
Pero, ¿cómo “sabe” el cuerpo que hace un frío peligroso? Lo que parece una pregunta sencilla sólo ha sido resuelta en los últimos años por los investigadores. Primero con gusanos. Más precisamente: con nematodos Caenorhabditis elegansque a menudo se estudia en la investigación como un organismo modelo simple.
El popular gusano de investigación Caenorhabditis elegans se puede encontrar bajo el microscopio observar.
con este gusano Shawn Xu de la Universidad de Michigan en EE. UU. y sus colegas describieron en 2019 el primer sensor biológico de frío.. En su más reciente, El trabajo acaba de ser publicado en la revista “Nature Neuroscience”. Ahora han demostrado que los mamíferos también detectan temperaturas ambientales bajas a través de este sensor llamado GluK2.
Los investigadores pudieron demostrarlo utilizando los llamados ratones knock-out. Se trata de animales en los que previamente se han desactivado específicamente genes, en este caso el gen GluK2, que contiene las instrucciones para el sensor de frío del mismo nombre. Los investigadores llevaron a cabo varios experimentos con estos animales. Se demostró que los ratones reaccionan con total normalidad a estímulos de temperatura fría y caliente. Sin embargo, no reaccionan a temperaturas bajas y potencialmente dañinas.
Los investigadores ven esto como una prueba de que los animales de prueba perciben las bajas temperaturas a través de la proteína GluK2. De este modo, el equipo estadounidense ha cerrado un importante vacío de conocimiento en fisiología sensorial. Los investigadores llevan mucho tiempo trabajando en sensores biológicos de temperatura. Ya se han encontrado varias estaciones de medición molecular: para temperaturas muy altas, altas y bastante bajas. Lo que aún faltaba era un sensor de bajas temperaturas.
El primer éxito de la investigación llegó con el chile.
La historia de los sensores biológicos de temperatura comienza a finales de los años 1990 con el descubrimiento de una proteína llamada TRPV1. Es el primer sensor de calor que, con un poco de suerte, conseguiremos identificar. Al descubridor David Julius le interesa menos el calor que lidiar con el dolor. Con su trabajo de investigación quiere encontrar el receptor de la capsaicina, el ingrediente activo del chile.
Él tiene éxito. La proteína descubierta TRPV1 resulta ser un canal iónico en la membrana celular de las células nerviosas sensoriales. La presencia del chile provoca una señal nerviosa eléctrica mensurable en la célula, a través de cambios en la concentración de iones. Quien come chile lo percibe como un picante picante.
Resulta que TRPV1 también funciona como un sensor de temperatura normal independientemente de la presencia de capsaicina. Su alcance efectivo se sitúa por encima del umbral de temperatura de 40 grados centígrados, lo que se percibe como doloroso.
Julius ha resuelto así un misterio muy antiguo. Se sabe desde hace tiempo que la información sobre sensaciones como el calor, el frío o el tacto se transporta a través de fibras nerviosas especializadas hasta el cerebro, donde luego se interpreta. Sólo eso Trabajo publicado en la revista “Nature” en 1997. pero mostró cómo una señal física como el calor se traduce en una señal biológica en forma de impulso nervioso. Por ello, Julius recibió el Premio Nobel de Medicina en 2021, junto con Ardem Patapoutian, quien descubrió el primer sensor de presión con el canal iónico Piezo1.
¿Qué significa el frío en biología?
Y ahora el primer sensor de bajas temperaturas. Aunque el frío es relativo en biología. En los seres humanos, estos receptores cubren el rango de temperatura inferior a 36 grados centígrados. Así de caliente debería estar normalmente el interior del cuerpo.
Hasta ahora sólo se conocía un sensor biológico que se activaba a unos 26 grados centígrados. Hasta el reciente descubrimiento de la proteína GluK2 se desconocía cómo el cuerpo detecta temperaturas significativamente más bajas. Según el líder del estudio Xu, el sensor detecta temperaturas inferiores a 60 grados Fahrenheit. Esto corresponde a 15,6 grados centígrados.
GluK2 también es una proteína. Y, de hecho, lo sabemos desde el cerebro desde hace mucho tiempo. Se asienta sobre las células nerviosas y actúa como receptor del aminoácido glutamato. Estos receptores de glutamato son importantes para la comunicación entre las células nerviosas. Como canales iónicos, transmiten señales químicas a través de las sinapsis. Si aquí hay problemas, se pueden desarrollar enfermedades cerebrales, desde epilepsia hasta enfermedades neurodegenerativas como el Parkinson o el Alzheimer.
Como muestra el trabajo del grupo de investigación de Xu, la proteína GluK2 también se produce en las neuronas sensoriales del sistema nervioso periférico. Aquí actúa como sensor de frío, independientemente de su función como canal iónico. En términos de biología evolutiva, esta función es probablemente incluso más antigua que su función como receptor de glutamato en el cerebro, sospecha Xu. Porque la proteína se encuentra incluso en bacterias unicelulares. Y al fin y al cabo, estos no tienen cerebro, cita el investigador en un comunicado de la Universidad de Michigan. Pero las bacterias también deberían poder percibir su entorno: qué temperatura reina en ese momento y qué sustancias químicas están presentes.
Enfermedades con percepción alterada del frío.
Pero, ¿de qué sirve el nuevo conocimiento sobre el primer sensor de frío en mamíferos? Ninguno a corto plazo. A largo plazo, sin embargo, podría ayudar a comprender mejor las diferencias individuales en la sensibilidad a la temperatura y determinadas enfermedades neurológicas y, posiblemente, a tratarlas de forma más específica.
Existen una serie de trastornos en los que los pacientes ya no perciben correctamente el frío o el calor o estos provocan un dolor excesivo. Un cambio de percepción de este tipo puede producirse, por ejemplo, tras una lesión nerviosa accidental o un daño difuso de las fibras nerviosas, como también puede ocurrir después de la quimioterapia. Comprender los cambios a nivel molecular es un requisito previo para encontrar nuevos enfoques para el tratamiento y la prevención de dichos trastornos.