La forma en que las ardillas de tierra casi no queman energía cuando hibernan, sin perder masa muscular, podría tener aplicaciones para los viajes espaciales, según un estudio publicado en Science.
Cuando los osos y las ardillas de tierra hibernan dejan de comer y duran hasta la primavera simplemente con las reservas de grasa que han almacenado en sus cuerpos. Normalmente, este tipo de ayuno e inactividad prolongados reducirían considerablemente la masa y la función muscular, pero eso no sucede y hasta ahora no se sabe cómo lo evitan.
Ahora, un biólogo de la Universidad de Montreal, en Canadá, ha averiguado por qué, y sus hallazgos podrían tener implicaciones, entre otras cosas, para el futuro de los viajes espaciales. Mediante el estudio de una variedad llamada ardilla de tierra de 13 franjas que es común en América del Norte, Matthew Regan ha confirmado una teoría conocida como «rescate de nitrógeno ureico» que se remonta a la década de 1980.
La teoría postula que los hibernadores aprovechan un truco metabólico de sus microbios intestinales para reciclar el nitrógeno presente en la urea, un compuesto de desecho que suele excretarse en forma de orina, y utilizarlo para construir nuevas proteínas tisulares.
En teoría, plantea Regan, este hallazgo podría ayudar a los astronautas a minimizar sus propios problemas de pérdida muscular causados por la supresión de la síntesis de proteínas inducida por la microgravedad y que ahora intentan reducir haciendo ejercicio intenso.
Si se encontrara una forma de aumentar los procesos de síntesis de proteínas musculares de los astronautas mediante la recuperación de nitrógeno ureico, podrían conseguir una mejor salud muscular durante los largos viajes al espacio profundo en naves espaciales demasiado pequeñas para el equipo de ejercicio habitual, según su argumento.
«Como sabemos qué proteínas musculares se suprimen durante los vuelos espaciales, podemos compararlas con las que se potencian con el rescate de nitrógeno ureico durante la hibernación –explica Reagan en un comunicado–. Si hay un solapamiento entre las proteínas del vuelo espacial y las de la hibernación, entonces sugiere que este proceso puede tener beneficios para la salud muscular durante el vuelo espacial».
En su estudio, Regan diseñó una serie de técnicas y experimentos para investigar los principales pasos del proceso de recuperación de la urea y aportar pruebas de si se producen o no en la ardilla de tierra cuando hiberna.
Para ello, en su laboratorio inyectaron la sangre de sus ardillas de prueba con urea «doblemente etiquetada», lo que significa que el átomo de carbono de la urea era 13C en lugar del habitual 12C, y sus átomos de nitrógeno eran 15N en lugar del habitual 14N. Estas etiquetas les permitieron rastrear el carbono y el nitrógeno de la urea a través de los diferentes pasos del proceso de recuperación del nitrógeno de la urea.
Descubrieron que ese proceso iba desde el transporte inicial de urea desde la sangre hasta el intestino, pasando por la descomposición de la urea en sus componentes por parte de los microbios del intestino, hasta el flujo de sustancias -llamadas metabolitos- que contienen nitrógeno ureico de vuelta al animal y, finalmente, hasta la aparición de este nitrógeno ureico en las proteínas de los tejidos.
«Esencialmente, ver el 13C y/o el 15N en los metabolitos en estos diversos pasos indicaba que se originaban a partir de la urea y, por lo tanto, que el invernador utilizaba la recuperación del nitrógeno ureico», apunta Reagan en un comunicado.
Hizo sus experimentos con ardillas con y sin microbioma intestinal en tres momentos del año: en verano, cuando estaban activas y no hibernaban; a principios de invierno, cuando llevaban un mes de ayuno e hibernación; y a finales de invierno, cuando llevaban cuatro meses de ayuno e hibernación. Y lo que encontraron fue definitivo: en cada paso del proceso, había claras evidencias de recuperación de nitrógeno ureico por parte de las ardillas con microbiomas intestinales intactos.
Además, las ardillas con microbiomas intestinales agotados no mostraron evidencias de recuperación de nitrógeno ureico en ningún paso, lo que confirma que este proceso dependía totalmente de la capacidad de los microbios intestinales para degradar la urea, algo que las propias ardillas no pueden hacer.
Regan y su equipo también descubrieron que la incorporación de nitrógeno ureico en la proteína tisular de las ardillas fue mayor durante el final del invierno, lo que sugiere que la recuperación de nitrógeno ureico se vuelve más activa a medida que avanza la temporada de hibernación. Esto es diferente a la mayoría de los procesos fisiológicos durante la hibernación, cuando tienden a reducirse significativamente.
Por otro lado, hallaron pruebas de que los propios microbios utilizaban el nitrógeno ureico para construir sus propias proteínas nuevas, lo que les resulta útil porque, al igual que la ardilla, están en condiciones de hibernación en ayunas. Así pues, tanto la ardilla como sus microbios se benefician de la recuperación del nitrógeno ureico, lo que convierte este proceso en una verdadera simbiosis.
Lo que esto significa, según Regan, es que las ardillas salen de la hibernación en primavera en buena forma. Esto es importante porque la única temporada de apareamiento del año, que es una época de intensa actividad física tanto para los machos como para las hembras, se produce directamente después de que salgan de la hibernación. Por tanto, la función de los tejidos -en particular del tejido muscular- es muy importante para el éxito de la temporada de apareamiento.
«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 –explica–. El rescate de nitrógeno ureico puede, por tanto, 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 repercusiones más inmediatas también en la Tierra sobre los millones de personas que pasan hambre en el mundo y en los ancianos.
Cientos de millones de personas en todo el mundo sufren desgaste muscular como consecuencia de diversas condiciones: la desnutrición, por ejemplo, afecta a más de 805 millones de personas en todo el mundo. Por su parte, la sarcopenia, una disminución de la masa muscular relacionada con la edad y derivada de la insensibilidad anabólica que afecta a todos los seres humanos, y que conduce a 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 mamíferos como la ardilla de tierra han evolucionado de forma natural para mantener el equilibrio proteico en sus propias situaciones de limitación de nitrógeno pueden servir de base a estrategias para maximizar la salud de otros animales con limitaciones de nitrógeno, incluidos los humanos», afirma Regan. Una solución podría ser desarrollar una píldora pre o probiótica que las personas pudieran 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 ser aplicadas, y se necesita mucho trabajo adicional para trasladar este mecanismo de evolución natural de forma segura y eficaz a los humanos –puntualiza Regan–. Pero es alentador que un estudio de principios de los años 90 aportó algunas pruebas de que los humanos son capaces de reciclar pequeñas cantidades de nitrógeno ureico mediante este mismo proceso. Esto sugiere que ya existe la maquinaria necesaria y sólo hay que optimizarla», concluye.
EP