Investigadores han desarrollado un «reloj» biosintético que impide que las células alcancen los niveles normales de deterioro relacionados con el envejecimiento. Se trata de un oscilador génico que alterna entre las dos vías normales del envejecimiento, ralentizando la degeneración celular y estableciendo un récord de prolongación de la vida, según publican en la revista ‘Science’.

La esperanza de vida humana está relacionada con el envejecimiento de nuestras células individuales. Hace tres años, un grupo de investigadores de la Universidad de California en San Diego (Estados Unidos) descifró los mecanismos esenciales que subyacen al proceso de envejecimiento. Tras identificar dos direcciones distintas que siguen las células durante el envejecimiento, los investigadores manipularon genéticamente estos procesos para prolongar la vida útil de las células.

Ahora este equipo ha ampliado esta investigación utilizando la biología sintética para diseñar una solución que impide que las células alcancen los niveles normales de deterioro asociados al envejecimiento. Todas las células, incluidas las de levaduras, plantas, animales y seres humanos, contienen circuitos reguladores de genes que son responsables de muchas funciones fisiológicas, incluido el envejecimiento.

«Estos circuitos genéticos pueden funcionar como nuestros circuitos eléctricos domésticos que controlan aparatos como electrodomésticos y automóviles», afirmó el profesor Nan Hao, del Departamento de Biología Molecular de la Facultad de Ciencias Biológicas, autor principal del estudio y codirector del Instituto de Biología Sintética de la UC San Diego.

Sin embargo, el grupo de la UC San Diego descubrió que, bajo el control de un circuito central de regulación genética, las células no envejecen necesariamente de la misma manera. «Imaginemos un coche que envejece a medida que se deteriora el motor o se desgasta la transmisión, pero no ambas cosas a la vez», señaló el equipo de la UC de San Diego, que imaginó un «proceso de envejecimiento inteligente» que prolonga la longevidad celular alternando el deterioro de un mecanismo de envejecimiento a otro.

En el nuevo estudio, los investigadores modificaron genéticamente el circuito que controla el envejecimiento celular. En lugar de funcionar normalmente como un interruptor de palanca, crearon un circuito de retroalimentación negativa para detener el proceso de envejecimiento.

El circuito recableado funciona como un dispositivo similar a un reloj, denominado oscilador génico, que impulsa a la célula a alternar periódicamente entre dos estados «envejecidos» perjudiciales, evitando la permanencia prolongada en cualquiera de ellos y ralentizando así la degeneración celular.

Estos avances permitieron prolongar espectacularmente la vida celular, estableciendo un nuevo récord de prolongación de la vida mediante intervenciones genéticas y químicas.

Como suelen hacer los ingenieros eléctricos, los investigadores de este estudio utilizaron primero simulaciones por ordenador del funcionamiento del circuito central del envejecimiento. Esto les ayudó a diseñar y probar ideas antes de construir o modificar el circuito en la célula. Este planteamiento tiene la ventaja de ahorrar tiempo y recursos para identificar estrategias eficaces a favor de la longevidad, en comparación con las estrategias genéticas más tradicionales.

«Es la primera vez que se utilizan principios de ingeniería y biología sintética guiados computacionalmente para rediseñar racionalmente circuitos genéticos y reprogramar el proceso de envejecimiento para promover eficazmente la longevidad», afirmó Hao.

Hace varios años, el equipo de investigación multidisciplinar de la UC San Diego empezó a estudiar los mecanismos que subyacen al envejecimiento celular, un complejo proceso biológico que subyace a la longevidad humana y a muchas enfermedades.

Descubrieron que las células siguen una cascada de cambios moleculares a lo largo de toda su vida hasta que acaban degenerando y muriendo, pero observaron que células del mismo material genético y dentro del mismo entorno pueden recorrer rutas de envejecimiento distintas.

Aproximadamente la mitad de las células envejecen a través de una disminución gradual de la estabilidad del ADN, donde se almacena la información genética. La otra mitad envejece por un camino ligado al declive de las mitocondrias, las unidades de producción de energía de las células.

El nuevo logro de la biología sintética tiene el potencial de reconfigurar los enfoques científicos del retraso del envejecimiento.

A diferencia de los numerosos intentos químicos y genéticos de forzar a las células a estados artificiales de «juventud», la nueva investigación demuestra que es posible ralentizar el tictac del reloj del envejecimiento impidiendo activamente que las células se comprometan con una trayectoria predestinada de declive y muerte, y los osciladores génicos en forma de reloj podrían ser un sistema universal para lograrlo.

«Nuestros resultados establecen una conexión entre la arquitectura de la red génica y la longevidad celular que podría conducir a circuitos génicos diseñados racionalmente para ralentizar el envejecimiento», señalaron los investigadores en su estudio.

Durante su investigación, el equipo estudió células de levadura ‘Saccharomyces cerevisiae’ como modelo del envejecimiento de las células humanas. Desarrollaron y emplearon microfluidos y microscopía ‘time-lapse’ para seguir los procesos de envejecimiento a lo largo de la vida de la célula.

En el estudio actual, las células de levadura que se recablearon sintéticamente y envejecieron bajo la dirección del dispositivo oscilador sintético dieron lugar a un aumento del 82% de la vida útil en comparación con las células de control que envejecieron en circunstancias normales. Los resultados revelaron «la prolongación de la vida útil más pronunciada en levaduras que hemos observado con perturbaciones genéticas», afirmaron.

“Nuestras células osciladoras viven más tiempo que cualquiera de las cepas más longevas identificadas previamente mediante cribas genéticas no sesgadas», añadió Hao.

«Nuestro trabajo representa un ejemplo de prueba de concepto, que demuestra la aplicación con éxito de la biología sintética para reprogramar el proceso de envejecimiento celular y puede sentar las bases para diseñar circuitos genéticos sintéticos que promuevan eficazmente la longevidad en organismos más complejos», detallaron los autores.

El equipo está ampliando actualmente su investigación al envejecimiento de diversos tipos de células humanas, incluidas células madre y neuronas.