Investigadores de la NYU simulan microgravedad para estudiar cómo afecta al genoma humano

Un equipo del Centro de Investigación de Materia Blanda de la Universidad de Nueva York (NYU) ha publicado en Science Advances un estudio sobre cómo la microgravedad afecta al genoma humano. Los investigadores construyeron una Máquina de Posicionamiento Aleatorio (RPM) para simular la ausencia de gravedad en cultivos celulares vivos y registraron los cambios en la organización del genoma tras 24 horas de exposición. El trabajo tiene dos objetivos declarados: aislar el impacto de la gravedad sobre los genes humanos y describir cómo funciona el genoma en gravedad cero.

El Estudio de los Gemelos de la NASA, punto de partida del problema

Décadas de expediciones a la Estación Espacial Internacional (ISS) han permitido documentar que el tiempo prolongado en el espacio afecta a la fisiología humana de formas diversas: atrofia muscular, pérdida de densidad ósea, problemas de visión y efectos sobre los sistemas cardiovascular y nervioso central. El célebre Estudio de los Gemelos de la NASA añadió otra dimensión a ese cuadro: la microgravedad también actúa a escala genética.

En ese experimento, los gemelos idénticos Scott y Mark Kelly actuaron como sujetos de prueba. Scott pasó un año en el espacio mientras Mark permanecía en tierra como grupo de control. Los resultados mostraron alteraciones genéticas en Scott, aunque el alcance completo de esos efectos sigue sin determinarse.

Ahí reside la motivación del grupo de la NYU. Como explicó Alexandra Zidovska, profesora asociada en el Departamento de Física de la universidad:

«En la Tierra, el papel de la gravedad es intrigante: es un estrés mecánico constante sobre todo. Queríamos saber cuál es su papel en la organización y la función del genoma. Para descubrirlo, hay que eliminar la gravedad como fuerza, así que simulamos gravedad cero en nuestros experimentos. Más allá de la Tierra, la pregunta sobre la ausencia de gravedad también es relevante: ¿cómo se verá afectado el genoma humano en el espacio exterior? Creemos que nuestros hallazgos pueden ser útiles para comprender mejor cómo nos afecta el viaje espacial.»

Una RPM con algoritmos 3D para reducir el flujo de fluidos

El equipo diseñó y construyó una Máquina de Posicionamiento Aleatorio similar a las que se emplean en el entrenamiento de astronautas. La máquina rotaba los cultivos celulares a lo largo de dos ejes distintos, trazando una trayectoria tridimensional. Eso permitió a los investigadores obtener imágenes de los genes dentro de los cultivos y registrar su respuesta a la microgravedad simulada.

Un problema recurrente en este tipo de experimentos en tierra es la aparición de flujos de fluido generados por la rotación, flujos que no existen en microgravedad real. El equipo desarrolló algoritmos 3D para simular la microgravedad, minimizar esos flujos y analizar cómo afectarían a las células. Gracias a esas mejoras, lograron reducir tanto los flujos como la formación de agregados celulares, dos factores que habían oscurecido los resultados en estudios anteriores.

Tras 24 horas de exposición, los científicos emplearon técnicas avanzadas de imagen para observar las células bajo cada condición. Registraron secuencias de imágenes y analizaron los cambios en las células y sus núcleos, la organización y la dinámica del genoma, y los posibles daños en el ADN inducidos por la microgravedad simulada.

El núcleo celular aumenta de volumen; el ADN no muestra daños en 24 horas

Los resultados mostraron que la microgravedad incrementa el volumen del núcleo celular, lo que indica que la gravedad lo reduce en condiciones normales. La exposición a flujos de fluido, en cambio, provocó elongación celular. A pesar de esos cambios, el grosor y la estructura de la envoltura nuclear no variaron, lo que sugiere que la gravedad tiene un impacto mínimo sobre esas características.

El genoma dentro del núcleo celular mantuvo su organización física y sus movimientos tras las 24 horas de exposición. La microgravedad no causó daños en el ADN, aunque sí se registraron daños cuando las células fueron expuestas a los flujos de fluido.

Zidovska resumió los resultados en estos términos:

«Nuestros datos muestran que el genoma, su organización y su dinámica son increíblemente robustos y parecen no verse afectados por la gravedad, o su ausencia, después de 24 horas. Asimismo, estos resultados sugieren que la organización física del genoma humano puede cambiar poco en el espacio exterior en marcos temporales comparables. Sin embargo, tales cambios podrían producirse durante exposiciones más prolongadas y debido a daños en el ADN que ocurren en el espacio.»

El equipo advierte que los cambios observados tras un día son sutiles, pero que podrían amplificarse con el tiempo. El estudio no cubre exposiciones superiores a 24 horas, y los investigadores señalan expresamente que ese límite temporal deja abierta la cuestión de los efectos a largo plazo en misiones de larga duración.

Fuente: www.universetoday.com