Cómo las plantas protegen su ADN en el espacio

tél Estudio de gemelos de la NASA publicado en 2019 comparó los cambios biológicos en los astronautas gemelos Scott y Mark Kelly.¹ El primero pasó un año en la Estación Espacial Internacional (ISS) y el segundo permaneció en la Tierra. Entre otras diferencias, los telómeros de Scott se alargaron mientras estaba en el espacio y se acortaron una vez que regresó a la Tierra.

Como muchos investigadores en el campo de los telómeros, Dorothy Shippen, biólogo de telómeros vegetales en la Universidad Texas A&M, estaba intrigado. Los cambios de los telómeros en respuesta al medio ambiente pueden influir en la supervivencia de un organismo bajo estrés, y la resiliencia de las plantas al estrés ambiental es un componente esencial tanto de los futuros viajes espaciales de larga duración como de los actuales desafíos agrícolas en la Tierra. Aunque las plantas han viajado muchas veces a la ISS, los efectos de los vuelos espaciales en los telómeros de las plantas siguieron siendo un misterio hasta hace poco.

En su último trabajo publicado en Comunicaciones de la naturalezaShippen e investigador postdoctoral. Borja Barbero Barcenilla Investigó el mantenimiento de los telómeros en Arabidopsis thaliana crecido a bordo de la ISS.² De manera similar a los efectos de los vuelos espaciales en los humanos, las plántulas espaciales tenían una mayor actividad de la telomerasa, la enzima que alarga los telómeros. Sin embargo, a diferencia de los astronautas humanos, las plantas de la ISS no mostraron cambios en la longitud de los telómeros.

P: ¿Cómo empezó a investigar los telómeros de las plantas desde la ISS?

Envío: El Estudio de los Gemelos fue realmente inspirador para nosotros, pero yo no tenía acceso a enviar plantas al espacio. Fue sólo una curiosidad. Nos comunicamos con la NASA y preguntamos si había alguna muestra de material vegetal que pudiéramos analizar en busca de cambios en los telómeros. Resultó que Sara Wyatt, una bióloga molecular de plantas que estudia los efectos de la gravedad en el crecimiento de las plantas en la Universidad de Ohio, y su equipo acababan de realizar un vuelo y tenían material extra. Colaboramos con Wyatt y con Susan Bailey, biólogo especializado en cáncer de radiación de la Universidad Estatal de Colorado que dirigió la parte relacionada con los telómeros del Estudio de los Gemelos de la NASA. Recopilamos algunos datos del material adicional existente y también obtuvimos muestras adicionales más tarde porque tuvieron que volver a realizar un vuelo.

P: ¿Hubo algún desafío logístico único al trabajar con muestras de la ISS?

Cada experimento fue una oportunidad maravillosa y única. Fue una mezcla de esta maravilla divina y de asegurarse de no arruinarlo porque no quedaba más muestra.
-Borja Barbero Barcenilla, Universidad A&M de Texasy

barbero: Hubo muchos desafíos. Cuando las muestras adicionales estaban a punto de ser lanzadas, había alrededor de 60 Arabidopsis placas de agar con alrededor de 18 plántulas por placa. Fueron muchos platos que preparar en un lapso de tres o cuatro días. ayudé Alejandro Meyersel investigador postdoctoral del laboratorio de Wyatt que actualmente trabaja en la NASA y es coautor de este artículo.

Una vez que las muestras regresaron a la Tierra, quisimos separar los brotes de las raíces porque esos diferentes tejidos podrían tener diferentes respuestas. Debido a la microgravedad, las raíces y los brotes realmente crecen por todas partes; se entrelazan. Tenía miedo de diseccionarlo porque era un tejido único. Tuvimos que diseccionar el tejido muy rápidamente después de sacarlo del congelador.

Invitamos a Meyers a la Universidad Texas A&M para que nos ayudara con la disección y, por muy aterrador que fuera, fue un día maravilloso. Mientras preparábamos el experimento y sacábamos las muestras del congelador, miré la muestra y pensé: “¡Esto ha estado en el espacio!”. Fue una sensación tan genial. Cada experimento fue una oportunidad maravillosa y única. Fue una mezcla de esta maravilla divina y de asegurarse de no arruinarlo porque no quedaba más muestra.

Ver también “Cuando y donde sea: llevando la amplificación de ADN fuera del laboratorio“

P: ¿Alguno de los hallazgos le sorprendió?

barbero: Habíamos anticipado un aumento en la longitud de los telómeros. Cuando la longitud de los telómeros no cambió, quedé muy desconcertado. Pero en realidad esto es mucho más genial de lo que esperábamos. Todos los demás organismos que han volado al espacio tienen estos cambios en la longitud de los telómeros, y las plantas no.

Envío: Caenorhabditis elegans Fue al espacio antes y sus telómeros también se hicieron más largos, al igual que los telómeros humanos. Los telómeros humanos son muy dinámicos; se alargan y acortan en respuesta a una variedad de diferentes agresiones ambientales o cambios fisiológicos. Cuando sometemos a las plantas a distintos tipos de condiciones de estrés, vemos que sus telómeros a menudo no cambian, por lo que no sabíamos realmente qué iba a pasar en el espacio. No fue del todo sorprendente que no hubiera cambios en la longitud de los telómeros. La sorpresa fue cuánta telomerasa se indujo.

P: ¿Por qué fue sorprendente ver la inducción de la telomerasa sin alargamiento de los telómeros?

Envío: Significa que la longitud de los telómeros y la actividad de la telomerasa están desacopladas, lo que no era de esperar porque en las células humanas está completamente acoplada. Empezamos a pensar de forma más amplia en la activación de la telomerasa en respuesta al estrés. Realizamos experimentos adicionales para observar la respuesta de la telomerasa en diferentes tipos de condiciones de estrés, que podríamos hacer en la Tierra en nuestro propio laboratorio, y aún así vimos esta inducción de la telomerasa.

Nos llevó a pensar que tal vez la telomerasa tenga funciones adicionales, lo cual es una idea controvertida en este campo. Muchos científicos no están seguros de qué pensar sobre las posibles funciones extrateloméricas de la telomerasa. Pero es difícil entender por qué la actividad enzimática aumentaría tan drásticamente y, en nuestro caso, no daría lugar a ningún cambio en los telómeros. Planeamos hacer un seguimiento de eso.

Ver también “Iluminando el mapa genético de las plantas”

Esta entrevista ha sido condensada y editada para mayor claridad.

Referencias

1. Garrett-Bakelman FE, et al. El estudio de los gemelos de la NASA: un análisis multidimensional de un vuelo espacial tripulado de un año de duración. Ciencia. 2019;364(6436):eaau8650.
2. Barcenilla BB, et al. La telomerasa de Arabidopsis despega al desacoplar la actividad enzimática del mantenimiento de la longitud de los telómeros en el espacio. comuna nacional. 2023;14(1):7854.