Según un reciente estudio proveniente de Centro de Regulación Genómica (CGR) de Barcelona (España) junto a la Harvard Medical School en Boston (Estados Unidos), las células individuales son capaces de aprender. Este comportamiento se consideraba exclusivo de animales con cerebro y sistemas nerviosos complejos, por lo que los hallazgos podrían representar un cambio importante en cómo son percibidas las unidades fundamentales de la vida. El estudio fue publicado en Current Biology.

"Las células se consideran ahora entidades con una capacidad muy básica de toma de decisiones basada en el aprendizaje de sus entornos, en lugar de entidades que siguen instrucciones genéticas preprogramadas," explicaron desde la investigación.

El estudio

Para arribar a estos hallazgos, se analizó la habituación. La misma implica un proceso de aprendizaje por el cual un organismo deja de responder gradualmente a un estímulo repetido. Es el mismo mecanismo por el cual los humanos dejan de oír el tic-tac de un reloj o se distraen menos con las luces intermitentes. Este tipo de aprendizaje es básico y se ha estudiado extensamente en animales con sistemas nerviosos complejos.

Si existen comportamientos parecidos a escala celular es un debate polémico: "Aprender significaría que utilizan redes moleculares internas que de alguna manera realizan funciones similares a las que realizan las redes de neuronas en el cerebro. Nadie sabe cómo son capaces de hacer esto, así que pensamos que era una cuestión que debía explorarse", sostuvieron. 

Estudio en dos circuitos moleculares comunes

Las células dependen de las reacciones bioquímicas para procesar la información. Por ejemplo, la adición o eliminación de una etiqueta de fosfato de la superficie de una proteína hace que esta se encienda o se apague.

Para rastrear cómo las células procesan la información, en lugar de trabajar con células en placas de laboratorio, el equipo utilizó simulaciones computacionales basadas en ecuaciones matemáticas para monitorear estas reacciones y decodificar el "lenguaje" de la célula. Esto les permitió ver cómo cambiaban las interacciones moleculares dentro de las células cuando se exponían al mismo estímulo una y otra vez.

En concreto, el estudio se centró en dos circuitos moleculares comunes: los bucles de retroalimentación negativa y los bucles de retroalimentación incoherentes. En la retroalimentación negativa, la salida de un proceso inhibe su propia producción, como un termostato que apaga la calefacción cuando una habitación alcanza una cierta temperatura. En bucles de avance incoherentes, una señal activa simultáneamente un proceso y su inhibidor, como una luz que se activa por movimiento con un temporizador. Después de detectar movimiento, la luz se apaga automáticamente después de un cierto período de tiempo.

Las simulaciones sugieren que las células utilicen una combinación de al menos dos de estos circuitos moleculares para afinar su respuesta a un estímulo y reproducir todas las características distintivas de la habituación que se observan en los seres vivos más complejas. Uno de los hallazgos clave es el requisito de "separación a escala de tiempo" en el comportamiento de los circuitos moleculares, donde algunas reacciones ocurren mucho más rápido que otras.

Neurociencia versus cognición

Por otra parte, este hallazgo puede iluminar un debate entre la neurociencia y la investigación cognitiva. Durante años, ambos grupos tuvieron diferentes puntos de vista respecto de cómo la fuerza de habituación se vincula a la frecuencia o intensidad de la estimulación. Los neurocientíficos se centran en el comportamiento observable, señalando que los organismos muestran una habituación más fuerte con estímulos más frecuentes o menos intensos.

Sin embargo, los científicos cognitivos insisten en probar la existencia de cambios internos y la formación de la memoria después de haberse producido la habituación. Al seguir su metodología, la habituación parece ser más fuerte para estímulos menos frecuentes o más intensos.

El estudio muestra que el comportamiento de los modelos se alinea con ambos puntos de vista. Durante la habituación, la respuesta disminuye más con estímulos más frecuentes o menos intensos, pero después de la habituación, la respuesta a un estímulo común también es más fuerte en estos casos.

"Los neurocientíficos y los científicos cognitivos han estado estudiando procesos que son básicamente dos caras de la misma moneda. Creemos que las células individuales podrían surgir como una herramienta poderosa para estudiar los fundamentos del aprendizaje", resaltaron.

Si las células individuales pueden "recordar", esto ayudaría a explicar cómo las células cancerosas desarrollan resistencia a la quimioterapia o cómo las bacterias se vuelven resistentes a los antibióticos, situaciones en las que las células parecen "aprender" de su entorno.

Modelos matemáticos

Las predicciones deben confirmarse con datos biológicos del mundo real. El estudio utilizó modelos matemáticos para explorar el concepto de aprendizaje en las células, ya que les permitió probar muchos escenarios diferentes rápidamente para ver cuáles valía la pena investigar más a fondo en experimentos reales.

"El objetivo de la biología computacional es hacer que la vida sea tan programable como un ordenador, pero los experimentos de laboratorio pueden ser costosos y llevar mucho tiempo", afirmaron.

Y concluyeron: “Nuestro enfoque puede ayudarnos a priorizar qué experimentos tienen más probabilidades de producir resultados que valgan la pena, ahorrando tiempo y recursos y conduciendo a nuevos avances”.

Fuente: SINC.