Científicos estudiaron 348 mamíferos para descubrir por qué algunos viven durante meses mientras que otros duran siglos

Científicos estudiaron 348 mamíferos para descubrir por qué algunos viven durante meses mientras que otros duran siglos

Marca de tiempo: 15 de agosto de 2023 10:00 a.m.
Los científicos estudiaron 348 mamíferos para descubrir por qué algunos viven durante meses mientras que otros duran siglos PlatoBlockchain Data Intelligence. Búsqueda vertical. Ai.

Los mamíferos tienen aproximadamente los mismos genes. Sin embargo, desde los veloces ratones de laboratorio hasta las magníficas ballenas de Groenlandia o el elegante elefante, la diferencia en la esperanza de vida puede ser de más de un siglo. ¿Por qué?

Un consorcio internacional es descifrar el misterio. En lugar de comparar diferentes letras genéticas entre especies, se centraron en la expresión génica, es decir, cómo se activan o desactivan los genes. Conocido como epigenética, el campo ha cobrado fuerza como un reloj biológico para medir la salud, el envejecimiento e incluso predecir cuánto tiempo puede vivir una especie.

El estudio tour-de-force, publicado la semana pasada en Ciencia:, cubrió cerca de 15,500 muestras de 348 especies de mamíferos, tanto pequeños como grandes. Todo el registro de animales parece la población de un zoológico internacional. En un extremo están los pequeños: ratones, conejitos, gatos y perros. Uno al otro son los merodeadores y mamuts de nuestro mundo: panteras, guepardos, delfines nariz de botella y elefantes. Salpicados dentro de la alineación están los bastante extraños: el murciélago vampiro, el demonio de Tasmania y el asno salvaje somalí. Y sí, los humanos hacen acto de presencia, junto con otros primates no humanos.

Hay una razón para analizar el reino animal en toda su gloriosa diversidad. Al estudiar a los mamíferos usando el mismo reloj biológico y comparando cada perfil, podemos comenzar a analizar los "puntos calientes" genómicos que gobiernan el envejecimiento y la vida útil, y a su vez encontrar métodos para regular esos puntos y retrasar o incluso revertir el proceso de envejecimiento.

"Hemos descubierto que la duración de la vida de los mamíferos está estrechamente relacionada con las modificaciones químicas de la molécula de ADN, específicamente conocidas como epigenética". dijo Dr. Steve Horvath de la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA), quien dirigió el estudio.

Dejando de lado el envejecimiento, las herramientas informáticas desarrolladas también pueden ayudar a los científicos a vincular la epigenética con otros rasgos complejos, como la altura, el peso, los trastornos metabólicos como la diabetes tipo 2 o los problemas neurológicos.

Para el Dr. Alex de Mendoza de la Universidad Queen Mary de Londres, que no participó en el proyecto, la conclusión es que ahora tenemos un marcador universal para evaluar el envejecimiento y otras características en los mamíferos. “Por lo tanto, los tratamientos experimentales destinados a modificar el envejecimiento... ahora pueden probarse” en una amplia variedad de animales a lo largo de la escala evolutiva con una “regla” estándar para el envejecimiento epigenético, escribió.

El problema con la edad

La cantidad de velas en tu pastel de cumpleaños no siempre refleja tu edad biológica.

Todos conocemos personas que, gracias a la genética o al estilo de vida, se ven y se comportan mucho más jóvenes que su edad cronológica. Los científicos saben desde hace tiempo que no es solo anecdótico: estas personas muestran menos signos de envejecimiento en su metabolismo, células madre, inflamación y expresión de ADN.

Hace aproximadamente una década, Horvath preguntado si es posible usar estos marcadores de envejecimiento para medir la edad biológica de una persona independientemente de cuántos años haya estado en la Tierra. Se centró en un marcador epigenético: la metilación del ADN.

La mayoría de nuestras células llevan el mismo modelo genético. Lo que diferencia a las neuronas de las células del corazón de las células musculares es cómo se expresan los genes. La metilación del ADN es una forma poderosa de controlar cuándo y dónde se apagan los genes. El proceso agrega una pequeña sustancia química que bloquea físicamente el acceso de la maquinaria de expresión del ADN a los genes, lo que a su vez impide que se traduzcan en proteínas. Cada tipo de célula, tejido y órgano tiene una huella digital de metilación del ADN única, que cambia constantemente con la edad.

El trabajo pionero de Horvath desarrolló un predictor de la edad biológica en múltiples tejidos utilizando únicamente la metilación del ADN a partir de 8,000 muestras. Desde entonces, su—y otros'—trabajo estimulado múltiple relojes epigenéticos que también predicen enfermedades relacionadas con la edad, como el cáncer, la salud del cerebro o problemas cardíacos.

“La metilación del ADN es más fácil de medir que otros mecanismos clásicos de regulación de genes”, explicó Mendoza.

Sin embargo, el único enfoque en los humanos parecía demasiado estrecho. La evolución creó cambios genéticos en todas las especies para ayudar a cada una a adoptar sus entornos únicos. ¿Puede también dar forma a paisajes epigenéticos?

Un reloj universal

El equipo recientemente amplió su reloj de metilación del ADN a más de 200 especies diferentes de mamíferos. Es un problema difícil: primero tuvieron que buscar sitios de metilación del ADN en material genético conservado en diferentes especies. Luego fabricaron pequeñas "sondas" que detectan la metilación del ADN y pueden tolerar pequeñas mutaciones entre especies.

El chip resultante, llamado Horvath Mammalian Array, detectó relojes epigenéticos en múltiples tipos de tejidos, como sangre, piel, hígado, riñón, cerebro y más en diferentes especies. El chip es una sonda de matriz múltiple seleccionada meticulosamente para un subconjunto de sitios de metilación del ADN, lo que facilita el estudio de cómo la metilación del ADN se asocia con rasgos como la vida útil sin la necesidad de muestras de gran tamaño. A una fracción del costo de los métodos anteriores, el chip compara directamente los sitios de metilación del ADN en muestras de tejido y especies.

Un reloj epigenético evolutivo

El nuevo estudio amplía aún más el trabajo a 348 especies y 15,456 muestras, con hasta 70 tejidos por especie. La fuerte colaboración abarcó desde instituciones académicas hasta el Smithsonian y Sea World.

El equipo primero se centró en los sitios de metilación del ADN altamente conservados en cada especie. Los resultados pintaron un árbol evolutivo epigenético, denominado "árbol filoepigenético", que sorprendentemente recapituló el árbol de la vida de los mamíferos.

"Nuestros resultados demuestran que la metilación del ADN está sujeta a presiones y selección evolutivas". dijo los autores.

Usando un modelo de aprendizaje automático, el equipo definió 55 módulos de metilación de ADN diferentes (cada uno de ellos cariñosamente doblado con un tono de color) asociados con un rasgo complejo. Algunos colores del módulo pudieron detectar el órgano o el sexo de la muestra independientemente de la especie.

Más intrigantes fueron un puñado de puntos de metilación del ADN vinculados a la vida útil. Varios sitios controlaban directamente poderosos genes involucrados en el rejuvenecimiento. Destacaron dos en particular: OCT4 y SOX2, ambos más conocidos por ser claves Factores de Yamanaka. Estos genes ayudan a revertir las células maduras, por ejemplo, las células de la piel, a una etapa embrionaria, borrando su identidad y permitiéndoles comenzar de nuevo. Cuando el equipo dosificó a los ratones con estos factores, el reloj de metilación del ADN retrocedió en su piel y riñones.

“Por lo tanto, la regulación de estos factores a lo largo de la vida de los mamíferos podría generar diferentes períodos de vida, y algunas especies los expresan por más tiempo”, dijo Mendoza.

Otro análisis encontró varios sitios de metilación del ADN vinculados a la vida útil máxima. Estos son relojes obstinados pero confiables que no cambian con la edad. La mayoría son presumiblemente "establecidos al nacer", dijo el equipo.

Tic tac va el reloj

Aunque exhaustivo, el estudio no es la última palabra sobre los relojes de metilación del ADN.

Hay muchos marginados. El peso corporal generalmente se correlaciona con la longevidad. Sin embargo, algunas razas de perros pequeños son biológicamente más joven que los comparativos más grandes. Algunos murciélagos pueden vivir más de tres décadas, mucho más de lo previsto basándose únicamente en su peso corporal. La plataforma epigenética podría ser un punto de partida para analizar sus huellas genéticas únicas.

En términos más generales, los relojes revelan no solo cómo envejecemos, sino también por qué. En un articulo hermano, el equipo de Horvath encontró letras de ADN específicas con metilación que cambian con la edad en múltiples especies. Los sitios estaban cerca de los genes que controlan los procesos desde el nacimiento hasta la muerte, incluidos los relacionados con el desarrollo y el cáncer.

¿Su conclusión? “El envejecimiento se conserva evolutivamente y se entrelaza con los procesos de desarrollo en todos los mamíferos”, dijeron.

Eso no quiere decir que seamos incapaces de frenar los estragos del tiempo. Por ejemplo, el reloj epigenético universal podría unir las terapias antienvejecimiento en ratones de laboratorio y extrapolarse a los humanos. Las terapias van desde intervenciones conductuales (reducir las calorías y hacer ejercicio) hasta drogas que matan de "células zombis" tóxicas o aquellas que se dirigen procesos epigenéticos. Horvath y otros están colaborando fácilmente con laboratorios altos, una startup para terapias de rejuvenecimiento celular respaldada por Jeff Bezos y otros.

Con un marcador universal basado en el ADN, dijo Mendoza, podemos probar estas terapias en otras especies de mamíferos, cada una con su composición epigenética y metabólica única.

Crédito de la imagen: Archivo de fotos de GPA

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