Imagen. / Michaela Go

Las X y las O garabateadas bailan en la pizarra detrás de Hawa Racine Thiam.

A primera vista, parecen dibujos de un libro de jugadas de fútbol. Pero Thiam no es entrenador de fútbol y esos garabatos no representan jugadores, sino células y su entorno. Thiam, biofísico de la Universidad de Stanford, ha esbozado una idea de adónde podrían ir las células inmunes para encontrar microbios.

Le fascina la física de las células: cómo se mueven y se deforman y las reglas físicas que determinan su comportamiento. Se trata de una investigación que analiza cuestiones fundamentales de la biología y que podría tener implicaciones para la salud humana. Si algún día los científicos pudieran controlar físicamente las células del cuerpo, por ejemplo, podrían enviar células inmunitarias al lugar de una infección o detener la propagación de tumores.

Pero eso sólo es posible si se desmitifican los mecanismos del movimiento celular. “Si queremos manipular las células, debemos entender cómo funcionan”, afirma Thiam.

“Es indudable que se trata de un área de investigación importante”, afirma Clifford Brangwynne, bioingeniero de la Universidad de Princeton. A veces la gente tiene la idea errónea de que la biología es un universo misterioso que de algún modo opera fuera de las leyes de la física, afirma. Pero las mismas reglas físicas que gobiernan el mundo inanimado también están en juego en los sistemas vivos. 

Es un tema que mantiene viva la curiosidad de Thiam. El verano pasado, presentó tres solicitudes de subvención y sus posibles proyectos pueden llevarla a algunas direcciones sorprendentes. En uno de ellos, Thiam propuso colaborar con un biólogo que estudia el comportamiento de las hormigas. Sí, los insectos. Puede que eso suene extraño para alguien que estudia las células inmunitarias.

Pero Thiam dice que las células que estudia su laboratorio (un tipo de glóbulo blanco llamado neutrófilos que buscan y destruyen microbios peligrosos) tienen algo en común con las hormigas. Ninguna de ellas tiene un sistema de control central que les diga cómo hacer su trabajo. En cambio, la primera oleada de cazadores de hormigas encuentra una fuente de alimento y luego deja un rastro de migas de pan químicas para que las sigan otras hormigas. De manera similar, los neutrófilos dejan un rastro químico para sus refuerzos. Este tipo de comportamiento colectivo, donde las interacciones entre individuos influyen en la acción del grupo, ha sido bien estudiado en las hormigas, dice Thiam. "Podemos aprender mucho de eso".

Ahora, quiere saber si lo que un neutrófilo termina haciendo con un microbio que descubre (comérselo, envenenarlo, atraparlo) influye en el comportamiento de búsqueda de las células posteriores.

Esa corriente subyacente de deseo de aprender y hacer preguntas —sobre la ciencia y sobre ella misma— ha estado presente a lo largo de su carrera. Thiam creció en Senegal y se mudó a Francia para obtener su título universitario y de posgrado. Su trabajo de doctorado giró en torno a entender cómo el núcleo influye en la capacidad de movimiento de una célula. En ese momento, la sabiduría convencional sobre la migración celular ignoraba en su mayor parte el núcleo, dice Thiam. Los científicos pensaban que las células que se arrastraban daban tres pasos básicos. Extendían un "pie", lo sujetaban a una superficie cercana y luego retraían la parte trasera, tirando del cuerpo celular hacia adelante. (Imagínese a Batman levantado por el costado de un edificio con su gancho retráctil).

Pero esa visión en gran medida bidimensional pasó por alto el entorno tridimensional de las células, dice Thiam. Claro, las células pueden arrastrarse por superficies planas, pero ¿qué pasa cuando necesitan pasar a través de espacios estrechos? A partir de experimentos en los que las células se movían a través de poros cada vez más pequeños, el equipo de Thiam informó en Nature Communications en 2016 que el núcleo ayuda a determinar si las células inmunes pueden migrar en entornos confinados . Compare el movimiento celular con pasar una bolsa de plástico a través de un pequeño agujero. Si la bolsa contiene un kiwi, probablemente no quepa.

Una célula inmune de ratón contorsiona su citoesqueleto (verde) y su núcleo (rojo) mientras se abre paso a través de un microcanal con una estrecha constricción (magenta). Laboratorio de Hawa Racine Thiam/Matthieu Piel

Thiam y sus colegas descubrieron que las células tienen una manera de deformar sus núcleos, hasta cierto punto. Las células rompen la membrana que rodea el núcleo y extruyen parte de sus entrañas, lo que hace que todo el conjunto sea más capaz de rezumar a través de una constricción. Es como aplastar ese kiwi hasta que la piel peluda se rompe y la fruta queda blanda en lugar de firme. Ahora puede pasar a través de un espacio más pequeño. Hasta este trabajo, nadie había demostrado que los núcleos se comportaran así, dice Thiam.

Más tarde, durante su trabajo postdoctoral en el laboratorio de Clare Waterman en los Institutos Nacionales de Salud en Bethesda, Maryland, Thiam continuó sus investigaciones sobre los núcleos celulares. En un artículo de 2020 en Proceedings of the National Academy of Sciences , ella y sus colegas informaron sobre uno de los aspectos más extraños de la biología, un mecanismo de defensa celular llamado NETosis. Es una forma en que los neutrófilos atrapan físicamente las bacterias, hongos o virus invasores. Los patógenos se infiltran en el cuerpo y, ¡BOOM!, de repente quedan atrapados, como delfines atrapados en una red de pesca. Pero esta red está hecha de ADN: la célula inmunitaria expulsa su propio material genético para capturar microbios. "Es un fenómeno loco", dice Thiam.

Después de que un neutrófilo humano engulle un patógeno, expulsa su ADN al entorno y forma una red que puede atrapar y matar a otros patógenos.

Después de que un neutrófilo humano (centro) engulle un patógeno (la levadura Candida albicans , cian), el neutrófilo expulsa su ADN (verde) a su entorno. Ese ADN forma una red que puede atrapar y matar a otros patógenos. Laboratorio de Hawa Racine Thiam/Clare Waterman

Los científicos habían informado por primera vez sobre la NETosis en 2004, pero no sabían realmente cómo funcionaba. Eso es lo que el equipo de Thiam abordó. Utilizando técnicas de microscopía y edición genética de vanguardia, los investigadores describieron la secuencia de eventos que comienza con el ADN de una célula empaquetado dentro del núcleo y termina con su expulsión fuera de la célula.

“Tiene esa valentía que tiene para abordar problemas realmente muy complejos de la biología celular”, afirma Brangwynne, que también es investigador del Instituto Médico Howard Hughes. Él cree que esa valentía se debe a su formación. Thiam ha cruzado fronteras entre naciones, diferentes campos científicos e idiomas (habla cuatro). “Creo que realmente no le teme a casi nada”, afirma.

Pero Thiam dice que todavía se pregunta si es lo suficientemente inteligente, si trabaja lo suficiente y si es capaz de ser una buena científica y mentora. “Creo que está bien tener dudas”, dice Thiam. Las reconoce, intenta no dejar que la dominen y piensa en cómo puede mejorar. Y cada vez que Thiam se cuestiona a sí misma, intenta recordar que ella y los demás creen en ella, y luego sigue adelante con su trabajo, solicitando subvenciones, haciendo ciencia y capacitando a los estudiantes. “Simplemente trato de seguir adelante”, dice.

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Citas

La polimerización de actina impulsada por Arp2/3 perinuclear permite la deformación nuclear para facilitar la migración celular a través de entornos complejos. HR. Thiam et al. Nature Communications.

HR Thiam et al. La NETosis se produce por desmontaje del citoesqueleto y la endomembrana y por descondensación de la cromatina y ruptura de la envoltura nuclear mediadas por PAD4.  Actas de la Academia Nacional de Ciencias. Vol. 117, marzo de 2020, pág. 7326. doi: 10.1073/pnas.1909546117.

Acerca de Meghan Rosen

Meghan Rosen es redactora y escribe sobre ciencias biológicas para Science News . Obtuvo un doctorado en bioquímica y biología molecular con especialización en biotecnología en la Universidad de California, Davis, y luego se graduó del programa de comunicación científica en la UC Santa Cruz.

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