Las células de nuestro cuerpo son como ciudades bulliciosas, funcionan con un sistema impulsado por hierro que utiliza peróxido de hidrógeno (H₂O₂) no sólo para limpiar la suciedad sino también para enviar señales importantes. Normalmente, funciona bien, pero bajo estrés, como inflamación o ráfagas de uso de energía, el estrés oxidativo daña las células a nivel genético.

Esto se debe a que el hierro y el H₂O₂ sufren lo que se conoce como reacción de Fenton, produciendo radicales hidroxilo, moléculas destructivas que atacan indiscriminadamente al ADN y al ARN. Pero hay un problema. En presencia de dióxido de carbono, ese temido gas que altera el sistema climático global, nuestras células adquieren un arma secreta en forma de bicarbonato que ayuda a equilibrar los niveles de pH.

Un equipo de químicos de la Universidad de Utah descubrió que el bicarbonato no sólo actúa como tampón del pH sino que también altera la reacción de Fenton en las células. En lugar de producir radicales hidroxilo desordenados, la reacción produce radicales carbonato, que afectan al ADN de una manera mucho menos dañina, según Cynthia Burrows, distinguida profesora de química y autora principal de un estudio publicado esta semana en PNAS.

“Muchas enfermedades, muchas afecciones tienen estrés oxidativo como componente de la enfermedad. Eso incluiría muchos cánceres, efectivamente todas las enfermedades relacionadas con la edad, muchas enfermedades neurológicas”, dijo Burrows. “Estamos tratando de comprender la química básica de las células sometidas a estrés oxidativo. Hemos aprendido algo sobre el efecto protector del CO₂ que creo que es realmente profundo”.

Los coautores incluyen a Aaron Fleming, profesor asociado de investigación, y al candidato a doctorado Justin Dingman, ambos miembros del laboratorio Burroughs.

Si el bicarbonato o el CO₂ no están presentes en las reacciones experimentales de oxidación del ADN, la química también es diferente. Las especies de radicales libres producidas por radicales hidroxilo son altamente reactivas y golpean el ADN como un disparo de escopeta, causando daños en todas partes, dijo Burrows.

Por el contrario, los hallazgos de su equipo muestran que la presencia de CO₂ disuelto en bicarbonato cambia la reacción para producir solo guanina, lo que activa la G en nuestro código genético de cuatro letras.

“Como lanzar un dardo a una diana donde la G es el centro del objetivo”, dijo Burrows. “Resulta que el bicarbonato es un amortiguador importante en las células. El bicarbonato se une al hierro y cambia por completo la reacción de Fenton. No se producen estos radicales altamente reactivos que todo el mundo ha estado estudiando durante décadas”.

¿Qué significan estos resultados para la ciencia? Potencialmente muchos.

Para empezar, el descubrimiento del equipo muestra que las células son mucho más inteligentes de lo que se pensaba anteriormente, lo que podría cambiar la forma en que entendemos el estrés oxidativo y su papel en enfermedades como el cáncer o el envejecimiento.

Pero también plantea la posibilidad de que muchos científicos que estudian el daño celular estén realizando experimentos de laboratorio de maneras que no reflejan el mundo real, lo que hace que sus resultados sean sospechosos, dijo Burrows. Los químicos y biólogos de todo el mundo cultivan células en cultivos de tejidos en una incubadora a 37 grados Celsius, o temperatura corporal. En estas culturas, los niveles de dióxido de carbono se concentran hasta el 5% o aproximadamente 100 veces más de lo que se encuentra en la atmósfera.

El CO₂ elevado recrea el entorno en el que normalmente habitan las células al metabolizar los nutrientes; sin embargo, esto se pierde cuando los investigadores comienzan sus experimentos fuera de la incubadora.

“Es como abrir una lata de cerveza. Cuando sacas las células de la incubadora, liberas CO₂. Es como experimentar con un vaso de cerveza del día anterior. Es bastante plano. Ha perdido su amortiguador de bicarbonato de CO₂”, dice Burroughs. . “Ya no se cuenta con la protección del CO₂ para modular la reacción de hierro y peróxido de hidrógeno”.

Él cree que es necesario agregar bicarbonato para garantizar resultados confiables de tales pruebas.

“La mayoría de la gente omite el bicarbonato/CO₂ cuando estudia la oxidación del ADN porque es difícil lidiar con la constante desgasificación de CO₂”, dijo Burrows. “Estos estudios sugieren que para obtener una imagen precisa del daño en el ADN que se produce a partir de procesos celulares normales como el metabolismo, los investigadores deben tener cuidado de imitar las condiciones exactas de la célula y agregar bicarbonato, es decir, levadura en polvo”.

Burrows anticipa que su estudio puede conducir a resultados no deseados que puedan beneficiar la investigación en otras áreas. Su laboratorio está buscando nueva financiación de la NASA, por ejemplo, para estudiar los efectos del CO₂ en humanos confinados en espacios reducidos, como el interior de cápsulas espaciales y submarinos.

“Hay astronautas que viven y respiran en una cápsula, y exhalan CO₂. El problema es ¿cuánto CO₂ pueden manejar con seguridad en su atmósfera? Una de las cosas que hemos encontrado es, al menos en cultivo de tejidos, CO₂ de Parte del daño causado por la radiación a estos astronautas tiene un efecto protector, por lo que lo que hay que hacer es que el nivel de CO₂ ciertamente no quiera subir demasiado, pero aumentarlo un poco puede tener un efecto protector contra la radiación, que es. hidroxilo. produce radicales.”

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