Descubren una misteriosa habilidad en los pulpos: editan su ARN para adaptarse al frío

El pulpo es un animal fascinante. Los biólogos han descubierto que es capaz de resolver problemas, desplazarse de formas increíbles, camuflarse alterando el color y la estructura de su piel o regenerar partes de su cuerpo. Si embargo, la última novedad es aún más sorprendente y única: este y otros cefalópodos tienen la habilidad de editar su ARN para aclimatarse en tiempo récord ante alteraciones bruscas de temperatura. De esta forma, fabrican proteínas nuevas que reconfiguran su sistema nervioso, especialmente cuando tienen que enfrentarse al frío. Los investigadores creen que este hallazgo podría explicar muchos otros aspectos del sofisticado comportamiento de algunas especies y ofrecer pistas sobre mecanismos biológicos desconocidos.

El estudio, publicado en la revista Cell, por científicos de EEUU e Israel, documenta cómo los cefalópodos coleoideos (un grupo de especies que incluye pulpos, calamares y sepias) disparan la edición de su ARN cuando se aclimatan al agua fría. Cada célula de los seres vivos tiene un conjunto de instrucciones codificadas en su ADN, pero la molécula que utiliza esa información para elaborar proteínas es el ARN o ácido ribonucleico, un concepto popularizado recientemente por algunas de las vacunas desarrolladas contra el covid, que utilizan este mecanismo. Lo que hasta ahora no se conocía era la habilidad que tienen algunos de estos animales marinos para jugar con él para adaptarse a distintos ambientes.

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“A través de la edición de ARN, los cefalópodos parecen haber encontrado una forma única de modificar su propia fisiología, afirma Joshua Rosenthal, investigador del Laboratorio de Biología Marina de la Universidad de Chicago. “Estamos acostumbrados a pensar que todos los seres vivos están preprogramados desde su nacimiento con un determinado conjunto de instrucciones”, explica. Por eso, "la idea de que el medio ambiente puede influir en esa información genética, como hemos demostrado en estos animales, es un concepto nuevo".

La edición consiste en intercambiar la molécula adenosina por otra llamada inosina, lo que modifica el ARN solo de manera temporal, pero es suficiente para cambiar algunos de los aminoácidos que forman ciertas proteínas que, a su vez, son fundamentales en procesos neuronales. Tras comprobar que esto ocurría a gran escala en algunos cefalópodos, los científicos se preguntaron cómo y para qué. Al ser un cambio transitorio, sospecharon que tenía que ver con la aclimatación, así que decidieron experimentar con una especie muy curiosa, el pulpo de dos manchas de California (Octopus bimaculoides). Su nombre se debe a que tienen dos puntos azules que parecen ojos justo debajo de sus ojos de verdad. De pequeño tamaño, este pulpo tiene la ventaja de que su genoma ya ha sido secuenciado.

Cambios para las neuronas

Los científicos capturaron ejemplares y los sumergieron en tanques de agua a diferentes temperaturas, entre los 22ºC y los 13ºC. Después de varias semanas, compararon las transcripciones de ARN identificando miles de signos de edición. Estos cambios repercutieron en la función de dos proteínas vitales para el sistema nervioso. Una de ellas es la cinesina-1 (también llamada kinesina o quinesina), implicada en el transporte de sustancias dentro de una neurona, que cambia su velocidad debido a estas alteraciones. Otra es la sinaptotagmina, que permite la comunicación entre neuronas y que, en este caso, modifica su capacidad de respuesta.

A medida que cambiaban la temperatura de los tanques (con incrementos de 0,5ºC por hora y hasta un máximo de 20 horas), los investigadores fueron comprobando cómo se incrementaba la edición del ARN y se sorprendieron por la rapidez del proceso. “Pudimos ver cambios significativos en menos de un día”, resalta Matthew Birk, uno de los coautores del artículo, actualmente en la Universidad Saint Francis. Sin embargo, estas alteraciones no se producían por igual si subía o si bajaba la temperatura. Al examinar el ARN, vieron aumentos de la edición en más de 13.000 sitios en los pulpos sumergidos en tanques fríos y en poco más de 500 para los que estaban en los calientes. Por lo tanto, la respuesta se produce fundamentalmente al afrontar temperaturas más bajas. De hecho, utilizando avanzadas técnicas de microscopía, los científicos descubrieron que las proteínas recodificadas funcionaban mejor en un ambiente frío.

Los investigadores comprobaron después que esta sensibilidad a la temperatura se produce de forma similar en otras especies de pulpos y calamares. Además, contrastaron el trabajo de laboratorio con muestras de animales capturados en el mar en distintos momentos, desde el frío invierno a la época final del verano. Los investigadores explican que el mecanismo que han encontrado, aunque relativamente veloz, funciona de forma bastante gradual, de manera que no sería inmediato si alguna de estas especies se enfrenta a un viaje rápido de aguas superficiales cálidas a profundidades muy frías, por ejemplo. De hecho, son animales capaces de vivir en cualquier océano, desde las aguas tropicales poco profundas y de elevadas temperaturas hasta zonas abisales casi congeladas, pero todo parece indicar que la adaptación de unas a otras sería progresiva y con el respaldo de este mecanismo publicado ahora en la revista Cell.

Diseñar proteínas

¿Qué implicaciones tiene este hallazgo? Lo cierto es que este tipo de recodificación del ARN no es un mecanismo exclusivo de los cefalópodos estudiados y que, de forma excepcional, podría encontrarse en otros organismos, incluso en el ser humano, pero se trata de un proceso extremadamente raro, por eso ha sorprendido tanto encontrarlo de forma masiva y tan rápida en pulpos y calamares y en respuesta a un factor tan concreto como el cambio de temperatura exterior. Por eso, los expertos consideran muy probable que este tipo de edición genética funcione también frente a otras variables ambientales, como la baja disponibilidad de oxígeno y otros cambios del entorno, pero es algo que tendrán que demostrar en futuros experimentos.

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Si es así, el trabajo que se acaba de publicar tan solo sería “la punta del iceberg”, afirma Rosenthal. Los científicos que han desarrollado esta investigación podrían haber dado con la clave para poder explicar comportamientos muy sofisticados por parte de los pulpos, especialmente, y de otras especies de cefalópodos. Algunas de sus capacidades requieren sistemas nerviosos muy complejos y una extraordinaria variedad de proteínas. “¿Qué mecanismos utilizan? Creo que la edición de ARN es una de ellas”, comenta el investigador.

La otra gran pregunta es si este descubrimiento puede tener otro tipo de aplicaciones prácticas. Algunos de los autores del trabajo están desarrollando una base de datos que incluye todo este “editoma” de los cefalópodos en respuesta a las distintas temperaturas. Analizar todo este material podría ser un recurso muy valioso para entender la plasticidad o capacidad de cambio de algunas moléculas. El hecho de que esto tenga repercusiones en proteínas conservadas en otros animales, incluido el ser humano, y con una función importante (es el caso de la cinesina-1) abre muchas puertas a nuevas investigaciones. “Esto tiene implicaciones más amplias”, comenta Kavita Rangan, de la Universidad de California en San Diego, por ejemplo, “diseñar proteínas con funciones específicas”. En ese sentido, “los cefalópodos pueden mostrarnos dónde mirar y qué cambios hacer”.