Las ardillas terrestres que hibernan podrían ser clave para mejorar los viajes espaciales

El misterio de cómo los animales que hibernan, como las ardillas terrestres, no pierden músculo mientras se protegen del frío invernal podría ser la clave para mejorar los viajes espaciales, según un nuevo estudio.

La mayoría de los animales agotan sus reservas de grasa cuando dejan de comer y un periodo prolongado de ayuno e inactividad los lleva finalmente a un deterioro de la masa muscular.

Pero este no es el caso de los hibernantes, que bajan la temperatura de su cuerpo y ralentizan su metabolismo para estar sin comer, a menudo durante meses en la época más fría del año.

No está claro cómo exactamente mantienen la masa muscular durante el proceso. Pero un científico de Canadá cree que pudo haber resuelto este misterio y afirma que sus hallazgos podrían ayudar a los astronautas en el espacio.

Al estudiar una especie llamada ardilla de tierra de 13 franjas, Matthew Regan, biólogo de la Universidad de Montreal, dice que confirmó una teoría conocida como “rescate de nitrógeno ureico”, que se remonta a la década de 1980.

Según la teoría, los hibernantes pueden aprovechar un truco metabólico de su flora intestinal para reciclar el nitrógeno presente en la urea, un compuesto de desecho que generalmente se excreta en la orina, y usarlo para generar nuevas proteínas de tejido.

En su estudio, Regan dice que la teoría y sus hallazgos podrían ayudar a los astronautas a minimizar sus propios problemas de pérdida de masa muscular causados por la supresión de la síntesis de proteínas que es inducida por la microgravedad, y que actualmente combaten con el ejercicio intensivo.

Él dice que, si se pudiera encontrar una manera de aumentar los procesos de síntesis de proteínas musculares de los astronautas utilizando el nitrógeno ureico, ellos podrían tener una mejor salud muscular durante los viajes largos al espacio profundo en las naves espaciales que son demasiado pequeñas para llevar los aparatos habituales de ejercicio.

“Debido a que sabemos qué proteínas musculares se suprimen durante los vuelos espaciales, podemos comparar estas proteínas con las que se mejoran con el rescate del nitrógeno ureico durante la hibernación”, comentó Regan, que llevó a cabo esta investigación durante un posdoctorado en la Universidad de Wisconsin-Madison.

Ahora continúa su trabajo gracias a una beca de investigación de la Agencia Espacial Canadiense en la UdeM, donde el año pasado ocupó un puesto como profesor asistente de fisiología animal en el Departamento de Ciencias Biológicas.

“Si”, continuó Regan, “hay una coincidencia entre las proteínas de los vuelos espaciales y las de la hibernación, entonces esto sugiere que el proceso podría tener beneficios para la salud muscular durante los vuelos espaciales”.

Para su estudio, Regan diseñó una serie de técnicas y experimentos para investigar los principales pasos en el proceso de rescate ureico y para proporcionar evidencia de si ocurren o no en la ardilla de tierra de 13 franjas cuando hiberna.

Para lograrlo, en su laboratorio inyectaron a las ardillas del experimento sangre con urea que contenía una “doble etiqueta”, es decir, el átomo de carbono ureico era el isótopo carbono-13 en lugar del carbono habitual, y sus átomos de nitrógeno eran isótopos nitrógeno-15 en lugar del nitrógeno habitual.

Estas etiquetas les permitieron rastrear el carbono y el nitrógeno provenientes de la urea a través de los diferentes pasos del proceso de rescate del nitrógeno ureico.

Descubrieron que ese proceso empieza en el transporte inicial de urea desde la sangre hasta el intestino, pasa por la descomposición de la urea en sus elementos realizada por la flora intestinal, luego pasan al flujo de sustancias (llamadas metabolitos) que contienen nitrógeno ureico y circulan de vuelta en el animal, y finalmente este nitrógeno proveniente de la urea hace su aparición en la proteína tisular.

“Esencialmente, observar el carbono-13 y el nitrógeno-15 en los metabolitos de estos diversos pasos indica que se originaron a partir de la urea y, por lo tanto, que el hibernante estaba utilizando el rescate del nitrógeno ureico”, aseveró Regan.

Hizo sus experimentos con ardillas que tenían y que no tenían microbiomas intestinales en tres épocas del año: verano, cuando estaban activas y sin hibernar; principios de invierno, cuando tenían un mes de ayuno e hibernación; y finales de invierno, cuando tenían cuatro meses de ayuno e hibernación.

Asegura que lo que él y su equipo encontraron fue definitivo. En cada paso del proceso hubo evidencia clara de rescate de nitrógeno ureico en las ardillas con microbiomas intestinales intactos.

Es importante destacar que las ardillas con los microbiomas intestinales agotados no mostraron evidencia de rescate de nitrógeno ureico en ningún paso, lo que confirma que este proceso depende completamente de la capacidad de la flora intestinal para descomponer la urea, algo que las ardillas no pueden hacer por sí mismas.

Regan y su equipo dicen que también hicieron otros dos hallazgos importantes.

En primer lugar, la incorporación de nitrógeno ureico en la proteína tisular de las ardillas fue mayor hacia el final del invierno, lo que sugiere que el rescate de nitrógeno ureico se vuelve más activa a medida que avanza la temporada de hibernación. Esto difiere a la mayoría de los procesos fisiológicos durante la hibernación, que tienden a reducirse significativamente.

En segundo lugar, había pruebas de que los propios microbios estaban utilizando el nitrógeno ureico para generar sus propias proteínas nuevas, lo que les resulta útil porque, al igual que la ardilla, se encuentran en condiciones de hibernación en ayunas. Por eso, tanto la ardilla como sus microbios se benefician del rescate del nitrógeno ureico, lo que convierte a este proceso en una verdadera simbiosis.

Lo que esto significa, dijo Regan, es que las ardillas emergen de la hibernación en la primavera en buena forma. Esto es importante porque la única temporada de apareamiento del año, que es un momento de intensa actividad física tanto para los machos como para las hembras, ocurre inmediatamente después de que emergen de la hibernación. Por lo tanto, la función del tejido, particularmente la función del tejido muscular, es muy importante para una temporada de apareamiento exitosa.

“Al facilitar la síntesis de proteínas musculares al final de la temporada de hibernación, el rescate 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”, señaló Regan. “Por lo tanto, el rescate de nitrógeno ureico puede mejorar la aptitud biológica general de los animales”.

Más allá de las implicaciones para los viajes espaciales y la salud de los astronautas, el descubrimiento de Regan podría tener efectos más inmediatos ahora mismo, aquí en la Tierra, tanto para la infinidad de gente que sufre de hambre como para las personas de edad avanzada.

Cientos de millones de personas en todo el mundo experimentan desgaste muscular como consecuencia de diversos padecimientos: la desnutrición, por ejemplo, afecta a más de 805 millones de personas en todo el mundo.

Más frecuente en Canadá es la sarcopenia, una disminución de la masa muscular relacionada con la edad que se deriva de la insensibilidad anabólica, la cual afecta a todos los humanos. Esto provoca una disminución de entre el 30 y el 50 por ciento de la masa muscular esquelética entre los 40 y los 80 años.

“Los mecanismos que los mamíferos como la ardilla de tierra de 13 franjas han desarrollado naturalmente para mantener el equilibrio de las proteínas en sus propias situaciones con nitrógeno limitado pueden dar pie a estrategias para maximizar la salud de otros animales con limitación de nitrógeno, incluidos los humanos”, comentó Regan. Una solución podría ser desarrollar una píldora pre o probiótica que las personas puedan tomar para promover un microbioma intestinal del tipo que tienen los hibernantes como las ardillas.

“Para ser claros, estas aplicaciones, aunque teóricamente posibles, están muy lejos de ser desarrolladas, y se necesita mucho trabajo adicional para traducir este mecanismo evolucionado naturalmente de manera segura y efectiva a los humanos”, agregó 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 optimizada”.