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Los osos grizzly pasan muchos meses en hibernación, pero sus músculos no sufren la falta de movimiento. En la revista «Scientific Reports», un equipo dirigido por Michael Gotthardt informa sobre cómo logran hacer esto. La estrategia de los osos pardos también podría ayudar a prevenir la atrofia muscular en humanos.

Un oso pardo solo conoce tres estaciones durante el año. Su tiempo de actividad comienza entre marzo y mayo. Alrededor de septiembre, el oso comienza a comer grandes cantidades de comida. Y en algún momento entre noviembre y enero, cae en hibernación. Desde un punto de vista fisiológico, este es el momento más extraño de todos. El metabolismo y la frecuencia cardíaca del oso disminuyen rápidamente. No excreta orina ni heces. La cantidad de nitrógeno en la sangre aumenta drásticamente y el oso se vuelve resistente a la hormona insulina.

Una persona difícilmente podría sobrevivir a esta fase de cuatro meses en un estado saludable. Luego, él o ella probablemente tendrían que lidiar con trombosis o cambios psicológicos. Sobre todo, los músculos sufrirían este prolongado período de desuso. Cualquiera que haya tenido un yeso en un brazo o una pierna durante algunas semanas o que haya tenido que permanecer acostado en la cama durante mucho tiempo debido a una enfermedad probablemente haya experimentado esto.

Un poco lento, pero por lo demás bien

No así el oso pardo. En la primavera, el oso se despierta de la hibernación, tal vez todavía un poco lento al principio, pero por lo demás bien. Muchos científicos llevan mucho tiempo interesados ​​en las estrategias del oso para adaptarse a sus tres estaciones.

Los músculos de los osos pardos logran sobrevivir a la hibernación prácticamente ilesos. Los investigadores están tratando de comprender los mecanismos detrás de esta capacidad para ayudar a los pacientes encamados.

Un equipo dirigido por el profesor Michael Gotthardt, jefe del grupo de Biología Celular Neuromuscular y Cardiovascular en el Centro Max Delbrück de Medicina Molecular (MDC) en Berlín, ha investigado cómo los músculos del oso logran sobrevivir a la hibernación prácticamente ileso. Los científicos de Berlín, Greifswald y los Estados Unidos estaban particularmente interesados ​​en la cuestión de qué genes en las células musculares del oso se transcriben y se convierten en proteínas, y qué efecto tiene esto en las células.

Comprender y copiar los trucos de la naturaleza.

“La atrofia muscular es un problema humano real que ocurre en muchas circunstancias. Todavía no somos muy buenos para prevenirlo «, dice el autor principal del estudio, el Dr. Douaa Mugahid, una vez miembro del grupo de investigación de Gotthardt y ahora investigador postdoctoral en el laboratorio del profesor Marc Kirschner del Departamento de Biología de Sistemas en Harvard Medical School en Boston.

«Para mí, la belleza de nuestro trabajo fue aprender cómo la naturaleza ha perfeccionado una forma de mantener las funciones musculares en las difíciles condiciones de hibernación», dice Mugahid. «Si podemos comprender mejor estas estrategias, podremos desarrollar métodos novedosos y no intuitivos para prevenir y tratar mejor la atrofia muscular en los pacientes».

Secuenciación génica y espectrometría de masas

Para comprender los trucos de los osos, el equipo dirigido por Mugahid y Gotthardt examinó muestras de músculos de osos pardos durante y entre los tiempos de hibernación, que habían recibido de la Universidad Estatal de Washington. «Al combinar técnicas de secuenciación de vanguardia con espectrometría de masas, queríamos determinar qué genes y proteínas se regulan al alza o se apagan tanto durante como entre los tiempos de hibernación», explica Gotthardt.

«Esta tarea resultó ser difícil, porque ni el genoma completo ni el proteoma, es decir, la totalidad de todas las proteínas del oso pardo, eran conocidos», dice el científico del MDC. En otro paso, él y su equipo compararon los hallazgos con observaciones de humanos, ratones y gusanos nematodos.

Los aminoácidos no esenciales permitieron que las células musculares crecieran

Como informaron los investigadores en la revista «Scientific Reports», encontraron en sus experimentos proteínas que influyen fuertemente en el metabolismo de los aminoácidos de un oso durante la hibernación. Como resultado, sus células musculares contienen mayores cantidades de ciertos aminoácidos no esenciales (NEAA).

«En experimentos con células musculares aisladas de humanos y ratones que exhiben atrofia muscular, el crecimiento celular también podría ser estimulado por NEAA», dice Gotthardt, y agrega que «se sabe, sin embargo, de estudios clínicos anteriores que la administración de aminoácidos en el la forma de píldoras o polvos no es suficiente para prevenir la atrofia muscular en personas mayores o en cama».

«Obviamente, es importante que el músculo produzca estos aminoácidos por sí mismo; de lo contrario, los aminoácidos podrían no llegar a los lugares donde se necesitan», especula el científico del MDC. Un punto de partida terapéutico, dice, podría ser el intento de inducir al músculo humano a producir NEAA por sí mismo mediante la activación de las rutas metabólicas correspondientes con agentes adecuados durante períodos de descanso más largos.

Muestras de tejido de pacientes encamados

Para descubrir qué vías de señalización deben activarse en el músculo, Gotthardt y su equipo compararon la actividad de los genes en osos grizzly, humanos y ratones. Los datos requeridos provienen de pacientes ancianos o postrados en cama y de ratones que sufren de atrofia muscular, por ejemplo, como resultado de la reducción del movimiento después de la aplicación de un yeso. «Queríamos descubrir qué genes están regulados de manera diferente entre los animales que hibernan y los que no», explica Gotthardt.

Sin embargo, los científicos se encontraron con una serie completa de tales genes. Para reducir los posibles candidatos que podrían ser un punto de partida para la terapia de atrofia muscular, el equipo llevó a cabo experimentos con gusanos nematodos. «En los gusanos, los genes individuales se pueden desactivar con relativa facilidad y uno puede ver rápidamente qué efectos tiene esto en el crecimiento muscular», explica Gotthardt.

Un gen para los ritmos circadianos.

Con la ayuda de estos experimentos, su equipo ha encontrado un puñado de genes cuya influencia esperan investigar más en futuros experimentos con ratones. Estos incluyen los genes Pdk4 y Serpinf1, que participan en el metabolismo de la glucosa y los aminoácidos, y el gen Rora, que contribuye al desarrollo de los ritmos circadianos. «Ahora examinaremos los efectos de la desactivación de estos genes», dice Gotthardt. «Después de todo, solo son adecuados como objetivos terapéuticos si hay efectos secundarios limitados o ninguno en absoluto».

Fuente: https://www.mdc-berlin.de

Referencia: Mugahid DA, Sengul TG, You X, et al. Proteomic and transcriptomic changes in hibernating grizzly bears reveal metabolic and signaling pathways that protect against muscle atrophy. Sci Rep. 2019 Dec 27;9(1):19976.