Texto: Jaime Fernández, Fotografía: Jesús de Miguel - 1 jun 2023 09:41 CET

Víctor Jiménez Cid, catedrático de Microbiología, y Marta Valenti, explican que la humanización de las levaduras consiste en “introducir, en la levadura, genes que son de interés, porque están relacionados con alguna enfermedad humana, para ver cómo se comportan y qué efectos tienen sobre la célula de levadura y además para buscar, por ejemplo, mutaciones que se asocian con enfermedades y ver el efecto que tiene esa mutación, y de ese modo buscar un fármaco que pueda inhibir a la proteína correspondiente. Son, en definitiva, estudios de enfermedades humanas. pero en vez de utilizar un modelo de ratón o de líneas celulares, se utiliza levadura”.

Tanto el catedrático como la investigadora reconocen que a primera vista puede ser un poco chocante el uso de la levadura, con la que se hace la cerveza, el pan y el vino, pero “es un modelo muy importante en biomedicina”. Recuerda Jiménez Cid, que el primer genoma que se secuenció en el año 1996, como un ensayo general para el genoma humano, fue el de levadura, porque su genética se conocía muy bien. Explica el complutense que los cerveceros, teniendo en cuenta la gran cantidad de dinero que mueve su industria, fueron los que comenzaron a investigar en levadura ya desde principios del siglo XX, y a finales de ese siglo la levadura ya estaba considerada como “un modelo para entender cómo funciona una célula eucariótica muy simple, muy básica”.

Añaden los dos científicos que “todo lo que tenemos las células humanas, o casi todo lo que tenemos porque nuestras células tienen más diversidad al estar más especializadas en diversos tejidos, de manera muy sencilla está en la levadura, con lo cual es como un modelo muy sencillo para estudiar cosas complejas. Eso sí, hay que lograr que mecanismos bioquímicos que están en las células humanas encajen de alguna manera en esa maquinaria de relojería que es la célula de levadura, y eso a veces funciona y a veces no”. Cuando funciona, se le puede sacar partido, como si fuera “un atajo para obtener mucha información a nivel genético y molecular antes de entrar en sistemas más complejos, más caros y con más problemas éticos como la experimentación animal”.

Valenti asegura que además de ser un paso más barato es, sobre todo, más rápido, porque las levaduras crecen muy deprisa y son fáciles de manipular, así que lleva mucho menos trabajo que utilizar una línea celular y desde luego mucho menos que la experimentación animal. La levadura “en dos horas se ha dividido, mientras que las líneas celulares tardan más, los cultivos celulares por lo menos 24 horas y si quieres hacerlo en ratones pues a lo mejor tienes que esperar una generación de ellos y, por supuesto, hay cosas que no se pueden hacer por cuestiones evidentemente éticas sobre humanos”. La investigadora lo define como un paso previo a poder hacer ningún experimento en sistemas más complejos, “te quita trabajo para ese trabajo, aunque luego todo lo que nosotros hacemos habría que verificarlo en un sistema más complejo”.

Jiménez Cid añade que además este es un modelo totalmente inocuo, que no reviste ninguna peligrosidad, porque “los laboratorios de microbiología, sobre todo en los que se estudian patologías, tienen que estar en un nivel 2 o 3 de bioseguridad, pero aquí se usa la misma especie, aunque una cepa diferente, de la levadura de la cerveza, el pan o el vino, así que se puede trabajar en nivel uno sin problemas”.

La publicación

En el trabajo publicado en la revista de la Royal Society británica, y que forma parte de la tesis doctoral que Valenti va a defender el 9 de junio, han estudiado “una parte del sistema inmune innato, que es básicamente la primera barrera de defensa que tenemos frente a un patógeno, es algo inespecífico. Es una primera respuesta si entra un virus o una bacteria en el organismo, es la primera respuesta innata que hace el organismo antes incluso de empezar a generar anticuerpos o una respuesta más concreta”.

Dentro de esa respuesta se producen fenómenos de muerte celular regulada, en los que básicamente “las células deciden que les conviene suicidarse, en cierta medida, porque eso ayuda a eliminar, por ejemplo, a un patógeno que se ha metido dentro de la célula, o si dentro de una célula hay moléculas que van a favorecer la inflamación y que van a facilitar la comunicación entre células, al morirse esa célula permite avisar a ‘los vecinos’ de que hay una infección”.

De los diferentes mecanismos de muerte celular regulada existente, en el trabajo de Valenti se han estudiado dos, las llamadas necroptosis y piroptosis, centrándose fundamentalmente en la segunda de ellas,  en la que “las proteínas que ejecutan esa muerte celular son proteínas que se meten en la membrana de nuestras células y forman un poro y a través de ese poro se produce una ruptura de lo que se llama la homeostasis celular, se produce entrada y salida de componentes celulares y eso provoca básicamente que la célula explote y se muera”. 

Las proteínas que ejecutan la piroptosis y necroptosis son la gasdermina D y MLKL, respectivamente, y lo que se ha hecho en la UCM es introducir esas proteínas en levadura para ver cómo se comportaban y ver qué efecto tenían en la célula. Reconocen los autores del trabajo que se esperaba que se formasen poros en la membrana, pero para su sorpresa no ha sido así. Por el contrario, han visto que en células de levadura en lugar de formarse poros hay una afección en el tráfico intracelular, en lo que se conocen como componentes endosomales, que es todo lo que permite que los nutrientes entren en la célula y que esos nutrientes vayan a los órganos donde se van a digerir para obtener los aminoácidos y los azúcares necesarios. “Todos estos son mecanismos de tráfico que son muy importantes para la supervivencia de la célula, pero al meter estas proteínas, se desregulan completamente y de hecho provocan la muerte de la célula, que ya no es capaz de crecer y acaba muriendo”, aclara Valenti.

Jiménez Cid asegura que ese comportamiento fue una sorpresa, pero cuando lo comentaron con sus colaboradores de la Universidad de Harvard les confirmaron que ellos han visto que eso también ocurre en células humanas, así que “establece un paralelismo entre las dos líneas de investigación y resulta interesante, porque probablemente estas proteínas además de lisar las células (es decir, de romper su membrana) tienen otras funciones más finas de regulación de lo que está ocurriendo en dichas células”.

Valenti añade que el problema al que se enfrentan los investigadores de Harvard es que no son capaces de ver lo que ocurre, al utilizar otro tipo de células que no son de levadura. Esto es así, porque las células mueren de manera muy rápida, en cuestión de segundos, así que “todo lo que está ocurriendo dentro de ellas no pueden ni siquiera estudiarlo, porque para cuando quieren mirar, la célula ya ha muerto. El modelo en levadura, sin embargo, presenta una ventaja en ese sentido porque permite quitar ese fenómeno membrana que es tan masivo y destructivo para la célula y deja ver precisamente lo que está ocurriendo dentro”.

El siguiente paso ideal sería detener el proceso de muerte celular que tanto daño causa en muchas enfermedades que son de naturaleza autoinflamatoria o autoinmune. Aclara Jiménez Cid que para este tipo de síndromes se buscan fármacos con diferentes estrategias, siendo una de ellas la de inhibir esta destrucción, esta muerte celular. “Para encontrar esos fármacos hay que conseguir, de alguna manera, inhibir la función de estas proteínas, y el hecho de que en la levadura causen este tipo de daño abre la posibilidad de utilizar un modelo muy sencillo para ensayar fármacos, con un método de la gran industria que consiste en hacer rastreos con miles y miles y miles de compuestos, para lo que necesitas una plataforma para enfrentar a esos compuestos, y una plataforma muy barata y sencilla es, sin duda, la célula de levadura”.

De todos modos, para el desarrollo de ese tipo de fármacos todavía queda un largo camino, porque de momento Valenti "ha descrito el mecanismo y alguna mutación para ver cómo se comportaba, pero en la actualidad no hay muchos inhibidores, ni siquiera en ensayos clínicos, que estén dirigidos concretamente a este mecanismo”. Sí los hay para otras dianas como las rutas de señalización o la manera en la que la célula se estimula para al final dar lugar a esta respuesta, pero no frente a este mecanismo de muerte celular que acaba de describir Valenti.

La investigadora, que está a punto de defender su tesis, ve su futuro en el mundo de la industria y, por tanto, deja su trabajo como legado para que lo continúen otros investigadores. De momento, ya hay otros compañeros del Departamento de la Facultad de Farmacia que trabajan en temas similares, que sí que están probando fármacos que pueden servir de inhibidores, y aunque ninguno de esos fármacos tiene interés terapéutico sí que pueden usarse como prueba de base, de que la levadura funciona.