Lo que el sueño de las ardillas puede enseñar a los astronautas
Los microbios intestinales ayudan a los animales que hibernan a reciclar los nutrientes y a mantener los músculos durante el invierno
Cuando animales como los osos y las ardillas hibernan en invierno, dejan de comer hasta la primavera y sobreviven gracias a sus reservas de grasa. En condiciones normales, este ayuno significaría la pérdida de masa y tejido muscular. Pero en el caso de estos 'durmientes profesionales', no ocurre esto. Cómo su cuerpo evita esta consecuencia sigue siendo un misterio. Ahora, investigadores de la Universidad de Montreal dicen haber dado respuesta a esta pregunta avalando una teoría propuesta en los 80 que señalaba que sus microbios intestinales reciclan el nitrógeno de la urea y lo reenvían a los músculos . Las conclusiones acaban de publicarse en la revista ' Science '.
El estudio, capitaneado por Matthew Regan , se centró en la hibernación de la ardilla de trece franjas o ardilla de tierra ( Ictidomys tridecemlineatus ). Este animal aumenta de peso durante el verano y recolecta alimentos en su madriguera hasta octubre, cuando comienza su hibernación. En este momento, su metabolismo disminuye, variando su ritmo cardiaco de 200 latidos por minuto a no más de cinco; y de 100 respiraciones por minuto a una cada cinco. Después despierta de su letargopara comenzar con una nueva época de apareamiento, con mucha exigencia de actividad física.
Para conocer cómo funciona este mecanismo, los investigadores inyectaron urea modificada en su sistema sanguíneo con una 'doble marca': por un lado, cambiaron el átomo de carbono de la urea por 13 C en lugar de los 12 C habituales , y los átomos de nitrógeno 15 N en lugar de los 14 N habituales . Estas etiquetas les permitieron rastrear el carbono y el nitrógeno provenientes de la urea a través de los diferentes pasos del proceso de recuperación del nitrógeno de la urea.
Así descubrieron que la urea llegó desde la sangre hasta el intestino, donde los microbios intestinales la descompusieron en nitrógeno y carbono que fue transportado y vuelto a detectar en la proteína tisular. «Básicamente, ver 13 C y/o 15 N en los metabolitos en estos diversos pasos indica que se originaron a partir de la urea y, por lo tanto, que el animal hibernador estaba utilizando nitrógeno de urea», explica Regan.
En los experimentos se utilizaron ardillas con y sin microbiomas intestinales -es decir, con microbios que descomponen las sustancias en el intestino- en tres épocas del año: verano, cuando estaban activas y no hibernando; principios de invierno, cuando llevaban un mes de ayuno e hibernación; y finales de invierno, a los cuatro meses de ayuno e hibernación. Lo que encontraron fue definitivo: en cada paso del proceso, hubo claras pruebas de recuperación de nitrógeno ureico por parte de las ardillas con microbiomas intestinales intactos.
«Es importante destacar que las ardillas sin microbiomas intestinales no mostraron evidencia de recuperación de nitrógeno ureico en ningún paso, lo que confirma que este proceso dependía completamente de la capacidad de los microbios intestinales para degradar la urea, algo que las ardillas no pueden hacer por sí mismas», afirma el equipo. Es decir, que las ardillas que carecían de estos microbios en sus intestinos no pudieron recuperar la urea para 'alimentar' sus músculos y tejidos.
Pero los hallazgos no acabaron ahí. Los investigadores también descubrieron que la incorporación de nitrógeno ureico en la proteína tisular fue mayor a finales del invierno, «lo que sugiere que la recuperación de nitrógeno ureico se vuelve más activa a medida que avanza la temporada de hibernación», indican. Esto es diferente a la mayoría de los procesos fisiológicos durante la hibernación, cuando tienden a reducirse significativamente.
«Al facilitar la síntesis de proteínas musculares al final de la temporada de hibernación, la recuperación de nitrógeno ureico puede ayudar a optimizar la función muscular de las ardillas emergentes y contribuir a su éxito reproductivo durante la temporada de apareamiento -señala Regan-. Por lo tanto, el rescate de nitrógeno de urea puede mejorar la aptitud biológica general de los animales».
En segundo lugar, había pruebas de que los propios microbios estaban utilizando el nitrógeno de la urea para construir sus propias proteínas nuevas, lo que les resulta útil porque, al igual que la ardilla, se encuentran en condiciones de hibernación en ayunas. Así, tanto la ardilla como sus microbios se benefician del rescate de nitrógeno ureico, lo que hace de este proceso una verdadera simbiosis .
Aplicaciones para astronautas y otros
¿Cómo podría ser útil este descubrimiento en el espacio, donde los astronautas luchan contra la degradación de su cuerpo y la pérdida de masa muscular haciendo ejercicio de forma intensiva? Si se pudiera encontrar una manera de aumentar los procesos de síntesis de proteínas musculares utilizando nitrógeno de urea, podrían lograr una mejor salud muscular durante los viajes largos al espacio profundo en naves espaciales demasiado pequeñas para el equipo de ejercicio habitual, según el argumento.
«Debido a que sabemos qué proteínas musculares se suprimen durante los vuelos espaciales, podemos comparar estas proteínas con las que se mejoran con la recuperación de nitrógeno ureico durante la hibernación».
Más allá de las implicaciones para los viajes espaciales y la salud de los astronautas, el descubrimiento de Regan podría tener impacto más inmediato, como paliar problemas de desnutrición o la pérdida de masa muscular hambrientas del mundo subdesarrollado y en los ancianos. «Los mecanismos que los mamíferos como la ardilla de tierra han desarrollado naturalmente para mantener el equilibrio de proteínas en sus propias situaciones de limitación de nitrógeno pueden sugerir estrategias para maximizar la salud de otros animales con limitación de nitrógeno, incluidos los humanos», afirma Regan. Una solución podría ser desarrollar una píldora prebiótica o probiótica que las personas puedan tomar para promover un microbioma intestinal del tipo que tienen los hibernadores como las ardillas.
«Para ser claros, estas aplicaciones, aunque teóricamente posibles, están muy lejos de su aplicación, y se necesita mucho trabajo adicional para traducir este mecanismo evolucionado naturalmente de manera segura y efectiva a los humanos -advierte Regan-. Pero una cosa que encuentro alentadora es que un estudio de principios de la década de 1990 proporcionó alguna evidencia de que los humanos son capaces de reciclar pequeñas cantidades de nitrógeno ureico a través de este mismo proceso. Esto sugiere que la maquinaria necesaria está en su lugar. Solo necesita ser optimizado».
