M. en C. Mario Mendieta Serrano y Dr. Enrique Salas Vidal

El estrés oxidativo es un tema habitual -tanto, que encontramos información al respecto en productos de uso cotidiano como alimentos y cosméticos que generalmente lo presentan como ¡el malo de la película!- Es cierto que desde su descubrimiento, hace ya muchos años, se encontró que cuando las células acumulan moléculas derivadas del oxígeno, entran en el estado que ahora conocemos como estrés oxidativo. En este estado ocurre la oxidación de diferentes componentes celulares, lo que puede provocar el envejecimiento o incluso la muerte celular, y cuyos efectos están asociados a diversas enfermedades humanas. Por lo anterior, podemos pensar que el estrés oxidativo ¡sí podría ser el malo de la película!, algo digno de odiar. Pero, ¿son siempre negativos los efectos del estrés oxidativo?

La historia del estrés oxidativo es muy larga, tan larga que ahora nos remontaremos a los inicios de la vida en la tierra, la cual se considera que surgió hace aproximadamente 4 mil millones de años. En ese entonces la Tierra era muy diferente, ya que prácticamente no existía oxígeno libre en la atmósfera. En ese ambiente se formaron los compuestos que dieron origen a los primeros organismos unicelulares (como las bacterias). Pero fue hasta hace unos 2 mil millones de años, que se hicieron evidentes los efectos ambientales de la fotosíntesis, lo que representó una novedad biológica que cambió dramáticamente el rumbo de la historia de la vida en la Tierra. La fotosíntesis, junto con algunos eventos geológicos, incrementaron la concentración del oxígeno en la atmósfera terrestre causando uno de los primeros eventos de “contaminación” a escala global, conocido como el “gran evento de oxidación”, que fue tan grande que todavía podemos encontrar evidencias a nivel geológico.

Los organismos que se adaptaron al ambiente oxidante “triunfaron”, dando origen a los organismos aerobios, es decir, aquellos organismos que pueden vivir y crecer en presencia de oxígeno; mientras que otros menos afortunados tuvieron que refugiarse en sitios carentes de oxígeno. Los sobrevivientes a estas nuevas circunstancias evolucionaron y consiguieron aprovechar tanto al oxígeno como a sus derivados. Una primera forma de aprovechamiento fue el surgimiento de la respiración, por la cual los organismos aerobios (incluyendo a los humanos) utilizan el oxígeno para convertir la energía química contenida en los alimentos en compuestos intermediarios en donde es almacenada, para así utilizarla en prácticamente todos los procesos metabólicos y fisiológicos que mantienen la vida.

Sin embargo, vivir en presencia del oxígeno representa una paradoja, ya que por un lado optimiza la recuperación de la energía contenida en los alimentos, pero al mismo tiempo produce moléculas derivadas del oxígeno (como el superóxido y el peróxido de hidrógeno H2O2, también llamado “agua oxigenada” –sí, un derivado del oxígeno muy utilizado para desinfectar heridas o para decolorar el cabello-) que son parcialmente responsables del estrés oxidativo al cual están expuestas las células. Afortunadamente de forma paralela evolucionaron diferentes mecanismos antioxidantes, algunos basados en enzimas que inactivan gran variedad de compuestos oxidantes.

El oxígeno y sus derivados son tan importantes para la vida, que se ha encontrado una correlación entre el incremento del oxígeno atmosférico y la evolución de los organismos pluricelulares (hongos, plantas y animales). Incluso hay evidencia de que el peróxido de hidrógeno y otros oxidantes, participan en funciones celulares fundamentales en el desarrollo embrionario de organismos pluricelulares como los animales. Entonces también hay motivos para “amar” al estrés oxidativo, ya que permite la existencia de los organismos multicelulares, incluyéndonos a los humanos. Aun así, existe confusión sobre el estrés oxidativo, en parte debido a que su definición es bastante ambigua, tanto que aún en la literatura científica se debate sobre una definición más precisa: una discusión que lleva poco más de treinta años desde que se descubrió. No ahondaremos en el debate, pero es importante considerar que el estrés oxidativo no es un fenómeno absoluto que se pueda medir con respecto a una referencia. Más bien es un fenómeno relativo, en donde la relación entre la producción de moléculas oxidantes y la actividad antioxidante puede llegar a desbalancearse, favoreciendo la acumulación de compuestos oxidantes. El desbalance puede ser pequeño o muy grande, con todos los estados intermedios posibles entre estos dos extremos. Normalmente, cuando la acumulación de agentes oxidantes es muy grande ocurre la muerte celular de forma muy violenta, en donde las células prácticamente revientan en un fenómeno conocido como necrosis. En cambio, los estados de estrés bajo e intermedios son tolerados por la célula e inducen respuestas de proliferación, migración, diferenciación celular e incluso de muerte pero de forma controlada, evento conocido como apoptosis.

A partir de esta información surgen varias interrogantes a propósito del estrés oxidativo: ¿qué controla el nivel de estrés oxidativo? ¿Hay estrés oxidativo durante el desarrollo embrionario? ¿Será importante en este proceso? Estas son algunas de las preguntas que estamos abordando en el laboratorio. De momento les podemos contar que recientemente reportamos un estudio en el que analizamos en dónde y cuándo se produce una de las enzimas antioxidantes más importantes llamada glutatión peroxidasa 4 o GPx4, encargada de descomponer al peróxido de hidrógeno, usando al pez cebra como modelo de estudio.

Al comenzar el estudio de GPx4 pensamos encontrarla en todas las células en plena actividad para evitar efectos tóxicos, ya que todas las células respiran y en todas se producen derivados del oxígeno. Sin embargo, la localización de GPx4 resultó ser muy interesante ya que es muy dinámica, y cambia dependiendo de la etapa del desarrollo que analicemos (fi gura 1). Estos datos sugieren que la GPx4 limita la presencia de derivados del oxígeno en ciertos tejidos, y permite su acumulación en regiones específi cas, lo que afecta el comportamiento celular y el desarrollo embrionario. Por lo anterior nuestra relación con el estrés oxidativo ha sido una relación de “amor” y “odio” en donde actualmente estamos estudiando las razones por las cuales podemos “amar” al estrés oxidativo, ya que nos interesa entender los mecanismos que lo controlan así como su relevancia en el desarrollo embrionario de animales, preguntándonos al mismo tiempo si lo que hemos encontrado en el desarrollo de otros organismos también sucedió cuando nosotros fuimos gestados en el vientre materno.

Este trabajo se publicó originalmente en: Mario A. Mendieta-Serrano, Denhí Schnabel, Hilda Lomelí, Enrique Salas-Vidal. 2015. Spatial and temporal expression of zebrafi sh glutathione peroxidase 4 a and b genes during early embryo development. Gene Expression Patterns, 19, 98-107.oxidativo

Fuente: “Biotecnología en Movimiento“, revista de divulgación del Instituto de Biotecnología de la UNAM