Un descuido durante un experimento llevó al científico uruguayo Juan Pablo Tosar a encontrar un tesoro insospechado.
Su hallazgo no solo reveló acciones de las células que se desconocían, sino que podría acabar trastocando un postulado fundamental de la biología.
Tosar descubrió que los complejos dentro de las células donde se fabrican las proteínas, los llamados ribosomas, también existen fuera de las células, en el espacio entre ellas.
El hallazgo podría derivar en el futuro en aplicaciones prácticas para millones de personas, a través de diagnósticos más tempranos de enfermedades como el cáncer.
Tosar es investigador de la Facultad de Ciencias de la Universidad de la República, Udelar, e investigador asociado del Laboratorio de Genómica Funcional del Institut Pasteur en Montevideo.
Un estudio del bioquímico de 35 años es tapa esta semana de una prestigiosa publicación científica de la Universidad de Oxford. Y su trabajo fue tema de una nota este año en la revista Nature.
BBC Mundo habló con Tosar sobre la importancia de su hallazgo y por qué éste "revela a nivel de las células un universo tan vasto como el de las estrellas".
Te invitamos a seguir paso a paso la historia fascinante de un descubrimiento.
El ARN, actor protagónico
La historia del hallazgo comienza en 2016, cuando Tosar era estudiante de doctorado del doctor Alfonso Cayota en el Institut Pasteur de Montevideo.
Cayota estudiaba el ARN, que al igual que el ADN es un ácido nucleico, un tipo de molécula cuyas funciones tienen que ver con el almacenamiento y la expresión de información genética.
Hay muchos tipos diferentes de ARN y tal vez el más conocido sea el ARN mensajero, un intermediario que lleva desde los genes hasta el ribosoma las instrucciones necesarias para elaborar proteínas.
Pero en los últimos años se ha visto que el ARN es mucho más activo de lo que se pensaba.
"El ARN emergió como un nuevo actor protagónico en lo que es el día a día de la célula, y en la regulación de qué genes van a prenderse y apagarse, o sea, qué genes van a pasar a proteínas y cuáles no", explicó Tosar a BBC Mundo.
"Para hacer una analogía, no es simplemente un negativo, sino que toma decisiones de qué fotos van a ser en color, o en blanco y negro, o qué fotos no van a ser".
El notable ARN extracelular
El ARN en el que Cayota había enfocado su laboratorio era un tipo de ARN poco comprendido: el llamado ARN extracelular, el ARN que no está dentro de las células, sino en el espacio entre ellas.
En los últimos años el ARN extracelular ha cobrado mucha notoriedad, señaló Tosar.
"Por un lado, estudiar ese ARN que viaja por fuera de las células, o sea, que podemos detectarlo en la sangre, en la orina, o en la saliva, nos puede hablar de cómo las células dialogan entre ellas. En otras palabras, cómo una célula puede influir liberando ARN hacia afuera para que genes se prendan y apaguen en un célula distante".
"Entender esa comunicación a distancia es muy importante si queremos entender cómo funcionan las células de nuestro organismo".
Otro motivo del interés en el ARN extracelular es su potencial para el diagnóstico de enfermedades.
"Como estos ARN viajan por los fluidos y se pueden detectar en la sangre u orina, si sabemos el tipo de ARNs que hay en una persona sana y encontramos una anomalía a nivel de estos ARNs extracelulares, esto puede llevar a un diagnóstico temprano de enfermedades, particularmente del cáncer".
"Eso casi no había sido estudiado"
Una de las preguntas que cautivaba a Tosar y sus colegas era cómo esos ARNs no se degradan fuera de la célula.
"Este tema no se estudió por mucho tiempo porque el entorno extracelular, la sangre en particular, se considera un entorno muy hostil para el ARN, porque hay enzimas que lo degradan".
En la década de los 80 se descubrió que las células pueden liberar ARNs en una especie de cápsulas que se llaman vesículas extracelulares o exosomas.
"Son como pedazos de la célula, se podría pensar que la célula libera una especie de cápsula espacial que viaja a otra célula, y en esa cápsula viajan esos ARNs protegidos de las enzimas que los amenazan", explicó el científico.
Pero Tosar no estudiaba esos ARNs protegidos en cápsulas, sino los que flotan en el medio extracelular, en los fluidos biológicos, completamente vulnerables a la degradación de enzimas.
"Vimos tempranamente que había mucho ARN fuera de la célula y fuera de estas cápsulas y eso casi que no había sido estudiado hasta el momento".
El olvido célebre
Fue cuando estudiaba ese ARN extracelular y no contenido en vesículas o cápsulas, que Tosar realizó su famoso experimento.
El científico lo explicó de la siguiente forma.
"Lo que hacemos es que crecemos células como quien crece plantitas en el jardín. A las células hay que darles de comer, crecen en un medio de cultivo, que es un medio líquido".
"Las células comen y eliminan todos sus desechos hacia ese medio que se va a cargar con ARNs extracelulares, y luego eso lo centrifugamos a una alta velocidad para separar estos exosomas o cápsulas y quedarnos con lo que no está dentro de ellas".
Tosar olvidó enfriar el rotor de la centrífuga la noche anterior al experimento.
La máquina que centrifuga las muestras debe operar en frío a unos cuatro grados. Como el rotor es de titanio macizo demora mucho en enfriarse, por lo que hay que colocarlo la noche anterior en una cámara que es como "una heladera gigante".
"Y yo soy muy despistado y muchas veces me he olvidado de hacer eso el día antes".
Tosar se había olvidado de enfriar el rotor, pero decidió de todas formas hacer el experimento.
El resultado fue que no solo el perfil de ARNs extracelulares era diferente, sino que la diferencia era recurrente.
"Comparando en el registro, todas las veces que no había enfriado el rotor debidamente esa diferencia estaba".
La diferencia en los resultados según la temperatura encendió "un chispazo" en el investigador.
"Cuanto más alta es la temperatura las enzimas que degradan el ARN trabajan en forma más eficiente".
"Por ello cuando trabajamos a cuatro grados estamos evitando la degradación. Eso nos hizo preguntarnos, ¿qué pasará si ahora agregamos una enzima que inhiba a las enzimas que degradan al ARN, o sea que degrade al degradador, y repetimos el experimento en esas condiciones?".
"De golpe te dan unos lentes…"
Cuando los investigadores inhibieron las enzimas que degradaban al ARN "el cambio ya no fue sutil, fue un cambio drástico".
Los científicos estaban acostumbrados a ver siempre la misma señal de ARNs extracelulares.
"Pero cuando hicimos el experimento degradando las enzimas, de golpe vino no una señal sino muchas señales muy distintas".
"Es como si uno fuera a un zoológico y cada vez que va hay una sola especie, siempre un papagayo verde, y uno dice qué aburrido, siempre un papagayo verde".
"Y de golpe te dan unos lentes y cuando te pones esos lentes aparece toda la diversidad de animales que hay en la jungla, y fue algo así".
"De golpe entendimos que estábamos entendiéndolo todo mal, y que en el fondo el ARN extracelular era mucho más diverso y heterogéneo de lo que habíamos supuesto".
"Ahora veíamos que hay un montón de distintos ARNs y el problema es que todos ellos se degradaban fruto de las enzimas y sólo veíamos a los más resistentes".
El trabajo de Tosar figura en la tapa de la revista Nucleic Acids Research, de la Universidad de Oxford. El dibujo muestra un ribosoma extracelular (en el centro) rodeado de moléculas de ARN de transferencia (naranjas) siendo atacadas por enzimas que degradan el ARN (tijeras azules), generando fragmentos que resisten a la degradación (amarillo).
"Toda la maquinaria también está afuera"
Al inhibir la acción de las enzimas que degradan al ARN, Tosar y sus colegas desarrollaron una nueva herramienta para revelar la riqueza de ARNs extracelulares.
Y con sus "nuevos lentes", lograron identificar muchos tipos diferentes de esos ARNs, incluyendo el llamado ARN ribosomal, el que se acopla a proteínas para conformar el ribosoma.
"Pudimos identificar al ribosoma, pudimos identificar también que hay ARNs de transferencia, que trabajan junto con el ribosoma, y pudimos identificar a los famosos ARNs mensajeros", afirmó.
"En definitiva, lo que vimos es que toda la maquinaria que fabrica proteínas dentro de la célula también esta fuera, y eso no es una sutileza".
"Teníamos que estar convencidos"
Para confirmar que se trataba efectivamente de ribosomas Tosar viajó a Estados Unidos.
"Nos faltaban pruebas más contundentes de que efectivamente teníamos ribosomas ahí, sabíamos que eso iba a ser algo que iba a generar cierta polémica, porque el ribosoma es la fábrica de proteínas de la célula, no es un ARN cualquiera", relató.
"Si íbamos a decir que había ribosomas en el medio extracelular, era de una responsabilidad mínima estar tan convencidos como pudiéramos de eso".
Hacer las puebas en Uruguay hubiera sido posible pero habría llevado más tiempo.
"La ciencia es una actividad global, y muchas veces lo más eficiente es ir al laboratorio donde son expertos en esa temática".
"Contacté a investigadores de la Universidad de Harvard, Paul Anderson y Pavel Ivanov, ellos conocían nuestros trabajos anteriores".
Tosar convenció entonces a su esposa Patricia, quien es pediatra, y se encontraba en licencia por maternidad. Y la pareja partió con sus dos hijos, un niño de dos años y medio y una bebé, para que el científico confirmara su descubrimiento en el laboratorio de Ivanov en Boston.
Roger Alexander, investigador de ARN en el Instituto de Investigación Pacific Northwest en Seattle, Estados Unidos, dijo a la revista Nature que Tosar "es la punta de lanza en un área muy importante que no había recibido la atención suficiente en nuestro campo".
"Hay mucha biología interesante y mucho potencial clínico en esa área".
"Si íbamos a decir que había ribosomas en el medio extracelular, era de una responsabilidad mínima estar tan convencidos como pudiéramos de eso".
"La ciencia es como las muñecas rusas"
El descubrimiento de ribosomas extracelulares planteó a su vez preguntas fundamentales.
Y es que la ciencia, señala Tosar, "es una cuestión de muñecas rusas, cada vez que se abre hay más y más".
Una de esas preguntas es si los ribosomas extracelulares fabrican proteínas, algo que de confirmarse cuestionaría un pilar fundamental de la biología.
Otra es cómo llegan esos ARNs al espacio entre las células.
"Sabemos que vienen de adentro de las células, pero pueden salir por dos mecanismos", explicó Tosar.
"Uno es el bombeo, como si la célula abriera una compuerta y dejara que salgan estos ARNs al medio extracelular. Hay una línea de trabajo extremadamente interesante que es descubrir si existen esas compuertas en las células que dejan salir a estos ribosomas".
"Y en paralelo tenemos otra hipótesis: que el ARN extracelular es algo que las células liberan cuando mueren".
En la segunda opción la célula no tiene intencionalidad, no quiso liberar el ARN, sino que "al morirse sus pertenencias son liberadas al medio extracelular".
Cuando la muerte celular es programada, por ejemplo, para renovar tejidos, es un fenómeno normal que no genera una respuesta inmune.
"Pero muchas veces ocurre una muerte celular no programada, y eso típicamente ocurre en todos los tumores, ya que en el seno del tumor hay un núcleo de células a las que les faltan nutrientes y oxígeno y esas células tienden como a explotar y liberan todos los ARNs hacia afuera".
"Ahí vino otra pregunta, y empezamos a trabajar con un grupo de inmunólogos porque nosotros no tenemos background en inmunología: ¿será que estos ribosomas, cuando se liberan al medio extracelular, funcionan como alarmas del sistema inmune?
"Las células del sistema inmune pueden leer esos ARNS y decir, aquí hay un ribosoma fuera de la célula, los ribosomas no deberían estar fuera de la célula, esto significa que hay células que están muriendo y el sistema inmune tiene que actuar".
Tosar investiga con sus colegas si los ARNs pueden ser actores clave en nuestras defensas inmunológicas.
"Cuando hay muerte celular no patológica hay liberación de ARNs. Pero si el cáncer exacerba ese proceso y cambia el tipo de ARNs que son liberados a la sangre eso permitiría un diagnóstico del cáncer en etapas más tempranas".
"Ese es uno de los temas en que estamos intentando trabajar".
Los ribosomas liberados por las células podrían servir como alarmas al sistema inmune en el caso de enfermedades como el cáncer.
"Prestar atención a lo que sale mal"
El olvido de Tosar en aquel experimento célebre invita a muchas reflexiones.
Una de ellas es la importancia a veces de "prestar atención no a los resultados que salen bien sino a los que salen mal".
"Hace poco vino a Uruguay invitado por un docente aquí Martin Chalfie, ganador del premio Nobel por ser uno de los que descubrió la proteína verde fluorescente. Y dio una charla en la que dijo una frase que me gustó mucho".
"El decía: cuando haces un experimento y te da como querías, felicitaciones, has hecho una medición. Cuando haces un experimento y no te da como pensabas, felicitaciones, puedes haber hecho un descubrimiento".
El camino personal
Pensar fuera de lo convencional fue una habilidad que Tosar fue aprendiendo de chico.
En el colegio le gustaban muchas cosas, y cuando era adolescente se volcó con pasión a las computadoras.
"Cuando mis padres compraron la primera computadora que hubo en casa quise diseñar juegos, y con herramientas de programación muy rudimentarias armé en el transcurso de un año los fines de semana un juego de póker que tenía la particularidad de que podías hacer trampa", relató.
Un día sus padres mandaron a arreglar la computadora y cuando el técnico formateó el ordenador se borró todo el juego.
"Nunca más quise meterme en el mundo de la computación porque la frustración de haber perdido eso fue grande".
Tosar pensaba tal vez ser ingeniero como su padre, pero todo cambió tras una conversación en el último año de la secundaria con su profesor de química, Justo Laíz.
"Un día le pregunté si hacía otras cosas además de dar clases de química, y me dijo que enseñaba química en la Facultad de Ciencias en la carrera de bioquímica".
Tosar pensaba ser ingeniero, pero una conversación con un profesor en la secundaria le abrió el mundo de la bioquímica.
"Fue la primera vez que escuché la palabra bioquímica y que supe que existía una carrera que conjugaba dos cosas que me gustaban, la biología y la química".
En aquella época muchos pensaban que era difícil hacer la carrera de bioquímica en Uruguay.
"Yo creo que sigue habiendo eso de que 'no se puede hacer acá' y me parece que esa es una de las mayores autolimitaciones que nos hacemos, de pensar que por ser un país pequeño nuestros horizontes tienen que estar restringidos".
"Todos tendemos un poco a reproducir eso pero no hay necesidad, porque el potencial que tenemos es muy grande, y aun cuando no cumplamos los objetivos ambiciosos que podamos proponernos el solo hecho de incursionar en esos caminos termina generando cosas nuevas insospechadas".
El misterio por descubrir
El hallazgo de Tosar nos recuerda según el investigador que hay todo un mundo por explorar en biología.
"Yo cada vez que leo sobre los biólogos moleculares de los 60, 70 me lleno de admiración porque sentaron las bases de la biología molecular, por ejemplo, con el descubrimiento del ARN", afirmó.
"Y a veces te viene el sentimiento de decir bueno, somos la generación que llegó tarde, ahora habrá que pensar en hacer vacunas, terapias, pero no en estudiar cómo funciona la naturaleza".
"Como que ya el partido se terminó y habrá que ir a pulir los detalles".
Pero el descubrimiento de Tosar le mostró que "así como el universo es vasto e inabarcable en lo grande, en las estrellas, también es vasto en lo micro".
"Y en el mundo de lo microscópico, de lo molecular, tal vez lo que conocemos es la punta del iceberg y haya mucho más por descubrir, y no detalles, sino cuestiones fundamentales".
"Hay muchas cosas que siguen siendo un misterio", señaló Juan Pablo Tosar a BBC Mundo.
"La conciencia de ese misterio por descubrir es la fuente del estímulo para seguir trabajando en esto, y para seguir alentando a futuras generaciones a que vale la pena dedicar la vida a tratar de desentrañarlo".
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