El grupo de Izpisúa descubre el origen de la asimetría del cuerpo

Los científicos ya saben qué genes definen el eje anteroposterior (de cabeza a cola) y el dorsoventral (de espalda a vientre), pero el tercer eje, el que distingue la mitad derecha de la izquierda, había escapado hasta ahora al análisis genético. El grupo de Juan Carlos Izpisúa Belmonte acaba de descubrir por qué: la clave última no está en los genes, sino en una pequeña fluctuación del nivel de calcio en el ambiente. Una exquisita maquinaria genética detecta esa leve fluctuación transitoria y la convierte en un programa fijo y sólido que perdura el resto de la vida.

Con la excepción de unas pocas familias muy primitivas -medusas, hidras, anémonas-, todos los animales estamos dotados de simetría bilateral. Es decir, estamos dividos en una mitad izquierda y una mitad derecha, siendo cada una imagen especular de la otra. Pero esa simetría es sólo aproximada.

Por ejemplo, el hígado está a la derecha, el corazón y el estómago más bien a la izquierda, y cada hemisferio cerebral posee varias funciones únicas. El origen de estas asimetrías ha sido hasta ahora un enigma, y su resolución por Izpisúa y su grupo del Instituto Salk, en La Jolla (California, EE UU) merece hoy el artículo principal de la revista Nature.

"Mucho antes de que se conociera el ADN se sabía que el funcionamiento de los seres vivos estaba influido por fuerzas mecánicas, campos electromagnéticos y simples moléculas inorgánicas", dice Izpisúa desde La Jolla. "Pero no se tenía pista alguna de cómo esos factores no genéticos actuaban sobre la célula. Nuestro trabajo proporciona esa pista".

Cualquier padre sabe muy bien que no hay teoría sobre el mundo que aguante cuatro por qués seguidos de un niño. Y eso es lo que han hecho los científicos de California.

¿Por qué se generan las primeras asimetrías izquierda-derecha observables en un embrión de pollo? Porque una proteína llamada Notch, que se sitúa en la membrana de las células, está más activa en la mitad izquierda que en la derecha. ¿Por qué? Porque para que Notch se active debe interactuar con otra proteína llamada Delta, que es más abundante en la mitad izquierda que en la derecha. ¿Por qué? Porque la actividad del propio Notch causa un aumento de la cantidad de Delta (este tipo de bucles de refuerzo son comunes en genética). ¿Por qué el bucle de Notch y Delta se autorrefuerza en la mitad izquierda del embrión? Parémonos aquí.

Izpisúa no sólo cuenta con biólogos en su grupo, sino también con físicos y matemáticos, y su contribución ha sido esencial para responder a esta última pregunta. Un gen es la información necesaria para fabricar una proteína, y el refuerzo entre Notch y Delta constituye en realidad una red compleja: la proteína Notch activa el gen Delta, que a su vez fabrica la proteína Delta, que a su vez activa a la proteína Notch, todo ello mediante múltiples genes intermediarios que a veces están en la misma célula y otras en la vecina. Tener una visión de conjunto es imposible sin la ayuda de modelos abstractos.

Los matemáticos de Izpisúa construyeron esos modelos e hicieron una predicción crucial: cualquier factor externo que modificara la fuerza con que se unen las proteínas Notch y Delta causaría una alteración muy perdurable de toda la red. Esa sola predicción apuntó hacia el calcio: un simple ión que, según se sabía ya, altera la fuerza con que se unen esas dos proteínas. Sólo después el grupo pudo buscar (y encontrar) la asimetría predicha en los niveles de calcio.

"Nuestros resultados demuestran que las células pueden obtener información no genética de su alrededor -en este caso el calcio- y traducirla en información genética estable", explica Izpisúa. El científico está convencido de que este tipo de sistema funciona en otros contextos del desarrollo embrionario para transformar señales físicas transitorias en programas genéticos estables.

Izpisúa defiende con firmeza el enfoque interdisciplinario que ha sido la clave del trabajo: "La cantidad de información biológica de que podemos disponer actualmente sobre un problema concreto comienza a superar nuestra capacidad de comprensión. Es imprescindible integrar la experimentación tradicional biológica con los modelos matemáticos".