Los científicos utilizan la fotosíntesis para alimentar el cerebro de un animal
ARRIBA: Un renacuajo de Xenopus laevis después de inyectarle cianobacterias en su corazónSUZAN ZUGUR Y HANS STRAKA
A diferencia de las plantas, Los animales no pueden llevar a cabo la fotosíntesis para generar nuestro propio oxígeno, pero nuestros cerebros dependen del oxígeno para producir las enormes cantidades de energía necesarias para funcionar. En un estudio publicado hoy (13 de octubre) en iScience, los investigadores encontraron una manera de aprovechar la fotosíntesis para suministrar oxígeno a las neuronas: inyectaron cianobacterias o algas verdes en Xenopus laevis renacuajos y privó a los animales de oxígeno, provocando el cese de la actividad cerebral. Exponer a los animales a la luz, lo que permitió a los microbios producir oxígeno a partir de CO2, restableció la actividad neuronal.
Los autores emplean un enfoque experimental elegante y fácilmente reproducible para examinar los efectos de la activación de los organismos fotosintéticos como una forma de aumentar directamente los niveles de oxígeno en el cerebro, escribe Diana Martínez, neurocientífica de la Universidad de Rowan en Nueva Jersey, que no participó en el estudio, en un correo electrónico a The Scientist. El trabajo es una prueba de agrega, y un importante primer paso en el uso de los recursos naturales para abordar las deficiencias patológicas que agotan el oxígeno en el cerebro, como un ataque cardíaco y un accidente cerebrovascular.
El neurocientífico Hans Straka de la Universidad Ludwig Maximilian de Munich (LMU ) y su grupo están interesados en el consumo de oxígeno en el cerebro y usan una técnica bien establecida en la que extraen la cabeza de un renacuajo y la mantienen viva y funcional durante un par de días en un ambiente líquido que suministra tanto oxígeno como d nutrientes. Durante el almuerzo, Straka y el biólogo de plantas de LMU, Jrg Nickelsen, hablaron sobre cómo podrían trabajar juntos en un proyecto. Su solución: investigar si sería posible que los microorganismos fotosintéticos suministren oxígeno al cerebro.
La entonces postdoc de Nickelsen, Myra Chvez Rosas, que ahora se encuentra en la Universidad de Berna en Suiza, cultivó algas verdes (Chlamydomonas reinhardtii) y cianobacterias (Synechocystis sp. PCC6803), que producen oxígeno tras la iluminación. La estudiante de posgrado Suzan zugur, que desde entonces se graduó del laboratorio de Strakas, inyectó una mezcla de algas o cianobacterias en los corazones de los renacuajos justo después de que emergieran sus extremidades anteriores. Sus corazones bombearon los microbios a través de los vasos sanguíneos de los animales, incluso en la vasculatura del cerebro.
¿Podemos dejar de respirar como una forma de mantener nuestro cerebro en funcionamiento?
Ryan Kerney, Gettysburg College
El equipo encontró que tras la iluminación, la concentración de oxígeno en los ventrículos de los animales inyectados aumentó. Los animales no tratados o aquellos que recibieron cepas de algas o cianobacterias que fueron mutadas para no producir oxígeno no tuvieron un aumento en la concentración de oxígeno. Cuando los investigadores agotaron el oxígeno del agua en la que nadaban los animales, la actividad neuronal, medida por registros eléctricos de nervios representativos, se detuvo. Pero pudieron reiniciar la actividad en el cerebro al iluminar a los animales que habían recibido inyecciones de microorganismos. Cuando apagaron la luz, la actividad neuronal cesó nuevamente.
Aunque el experimento fue un éxito, Martínez señala que no está claro si los hallazgos podrían traducirse para tratar afecciones en las que el cerebro carece de oxígeno. El primer problema es que los renacuajos de Xenopus laevis son transparentes y la luz puede pasar fácilmente a través de la piel para activar la maquinaria fotosintética para producir oxígeno. El uso en animales más complejos sería . . . ser difícil, ya que la luz no atraviesa fácilmente la piel y es posible que no llegue a la vasculatura para activar los organismos fotosintéticos, escribe. Además, si bien la falta de oxígeno puede ser un problema, el exceso de oxígeno también puede exacerbar las lesiones cerebrales. Por lo tanto, la incapacidad de controlar adecuadamente los niveles de oxígeno mediante el uso de estos organismos fotosintéticos sería tan perjudicial como la propia hipoxia. Probar primero la técnica en organoides cerebrales y cortes daría más información sobre sus efectos fisiológicos, agrega.
Straka reconoce que la investigación aún se encuentra en las primeras etapas y que llevar la estrategia a la clínica está muy lejos. lejos. A corto plazo, su equipo se centrará en varias preguntas, incluidos los efectos inmunológicos de la introducción de los microorganismos fotosintéticos, y si los azúcares que producen los microbios pueden o no ser utilizados por los cerebros de los renacuajos.
A lo largo del tiempo En la última década, hay bastantes proyectos en los que la gente ha estado tratando de establecer asociaciones simbióticas artificiales con algas, para aumentar de alguna manera o manipular la fisiología de los vertebrados, lo cual es realmente radical, dice Ryan Kerney, un biólogo que estudia las simbiosis entre algas y salamandras en Gettysburg College en Pensilvania y no participó en el nuevo trabajo. Los enfoques en los que los microbios se insertan artificialmente en las células o en los tejidos para modificar su función no están regulados en gran medida y están poco analizados en comparación con las técnicas de modificación genética ampliamente utilizadas, como CRISPR, que se dirigen a un gen, agrega Kerney. Las incógnitas, así como los ejemplos de algas patógenas, hacen que esta estrategia sea un poco arriesgada, señala. Pero también es fascinante especular sobre las implicaciones potenciales: ¿Podemos dejar de respirar como una forma de mantener nuestro cerebro en funcionamiento?