¿Cómo funciona la "nariz" de las células?

Para tener éxito, una célula debe tener nariz para las sustancias químicas. Una célula necesita saber dónde están los nutrientes, por ejemplo, o, en el caso de las levaduras, si hay cerca otro espécimen potencial para aparearse. En una investigación que se publicará próximamente en Physical Review Letters, Robert Endres del Imperial College de Londres y Ned Wingreen de la Universidad de Princeton han podido comprobar que el mecanismo celular para la detección de sustancias químicas funciona de una forma sorprendentemente diferente a como se pensaba.

Es sabido que las células miden las concentraciones químicas en su entorno mediante proteínas receptoras de su membrana. Cuando una sustancia se une al receptor genera una señal dentro de la célula que alerta de que hay toxinas cerca, por ejemplo. En los años 70, Howard Berg y Edward Purcell propusieron la hipótesis de que las células estiman las concentraciones químicas basándose en la fracción de tiempo que los receptores tienen moléculas enlazadas a ellos: cuanto más tiempo, mayor la concentración de la sustancia.

Lo que han hecho Endres y Wingreen es preguntarse si esta es la solución óptima. Y la respuesta que han encontrado ha sido clara y rotunda: no.

Para llegar a esta conclusión, los investigadores asumieron una capacidad de procesamiento ilimitada por parte de la célula. Usaron entonces un método estadístico llamado máxima verosimilitud, que les ayudó a averiguar qué forma de procesamiento de los datos de entrada de los receptores de una célula daría la mejor estimación de la concentración química. El dúo encontró que, para una célula que detecta sustancias en el ambiente, la mejor estrategia es descartar la información sobre cuánto tiempo esas sustancias se unen a los receptores y, en vez de eso, registrar sólo la duración de los intervalos sin unión.

La razón básica por la que el método alternativo mejora la sensibilidad es bastante simple. El tiempo que un receptor está enlazado depende tanto de la frecuencia con la que una molécula se une a él como del tiempo que una molécula permanece unida. Por el contrario, la duración de un intervalo sin unión depende sólo en la frecuencia el receptor se une y es, por lo tanto, una media más directamente relacionada con la concentración de las moléculas. En términos numéricos, la estrategia de Endres y Wingreen reduce a la mitad la incertidumbre en las mediciones de la concentración y permite a las células hacer una medición de concentración con una certidumbre dada más rápidamente.

Por supuesto, el esquema propuesto requiere que las células recojan y procesen más información, específicamente la duración de los intervalos de tiempo individuales. Y esto no se sabe cómo puede hacerlo una célula. Pero los investigadores sugieren que si las uniones son muy cortas comparadas con el tiempo entre uniones, entonces el registro de un solo impulso en cada unión y contar el número de impulsos en un período de tiempo dado sería suficiente. Según los autores las células eucariotas, las células que contienen un núcleo diferenciado, podrían sacar ventaja de este enfoque ya que retiran cada receptor tan pronto se enlazan. Esto sugiere que la célula presta atención más al hecho del enlace en sí que al tiempo que la molécula permanece enlazada. Ya se han propuesto posibles experimentos para probar esta hipótesis.

Referencia: (en prensa)