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El lenguaje
del calcio
Silvina
Ponce Dawson es doctora en Física. Sin embargo, su línea de investigación
la ha llevado a codearse con la Biología. Es que desde la física biológica
ella, y un grupo interdisciplinario, modelan matemáticamente procesos
biológicos relacionados con algunos de los procesos físicos que ocurren
en los organismos vivos.
Lo
que sigue es, en sus propias palabras, el relato de cómo son y en qué
consisten estos estudios de “análisis y modelado de señales de calcio
intracelular”.
Por
Silvina Ponce Dawson.

«Robert Hook (1635-1703) realizó
las primeras observaciones sistemáticas de los tejidos y acuñó el
término «células» para denominar a las unidades elementales de los
tejidos. La ilustración corresponde al trabajo de Hook Micrographia,
de 1665" |
Una
característica primordial de toda célula viva es su habilidad para comunicarse
con el medio que la rodea. Esta comunicación requiere un procesamiento
de los estímulos externos. La “información entrante” es transportada dentro
de la célula por alguna sustancia portadora (un mensajero) para su posterior
“decodificación”. El calcio es un mensajero universal que interviene en
una infinidad de procesos biológicos. Tiene un rol fundamental en las
sinapsis neuronales. Participa en el acople entre la excitación eléctrica
y la actividad mecánica en el músculo cardíaco. Está también involucrado
tanto en el inicio de la vida como en la muerte celular. Dada su versatilidad
en señalar el inicio de fenómenos tan distintos dentro de un mismo ámbito,
podemos concluir que el calcio actúa como un componente multi-propósito
dentro de la maquinaria celular.
Surge
entonces la pregunta de cómo puede hacerlo. Se supone que la información
para iniciar uno u otro proceso está “codificada” en cómo se distribuye
la concentración de calcio en el espacio y en cómo varía en el tiempo,
es decir, en su dinámica espacio-temporal. Hace unos años, se determinó
que la actividad de ciertas enzimas depende de la frecuencia con la que
oscila la concentración de calcio. Este es un ejemplo de un mecanismo
capaz de “decodificar” la información contenida en las oscilaciones del
calcio. En cuanto a la distribución espacial, es importante recordar que
las células no son ambientes espacialmente homogéneos, por lo que elevaciones
locales de la concentración de calcio generarán distintas respuestas dependiendo
de las componentes que se encuentren en la zona donde se produjo dicha
elevación.
Los
músculos, por ejemplo, se contraen ante una elevación uniforme de la concentración
de calcio, mientras que se relajan cuando la elevación se circunscribe
a una zona dada.
La
exposición prolongada del interior celular a altas concentraciones de
calcio libre lleva a la muerte de la célula. Por esta razón, los ladrillos
constitutivos de las señales de calcio son elevaciones breves y localizadas
de la concentración de calcio que ocurren cuando se abren canales específicos
en la membrana plasmática o en la del retículo endo o sarcoplasmático.
En muchos tipos celulares, en particular, en los ovocitos, existe una
jerarquía de señales que involucran escalas espaciales repartidas sobre
6 órdenes de magnitud distintos: desde el tamaño del poro del canal (del
orden del nanómetro) cuando se abre un solo canal, hasta el de la célula
toda, como en las ondas intracelulares que se observan en ovocitos de
1mm de radio. Las escalas temporales involucradas en estos procesos son
igualmente diversas. El estudio de las señales de calcio, por lo tanto,
implica desafíos importantes. En particular, no existe una técnica experimental
que permita resolver todas estas escalas simultáneamente.
Distintos
tipos de experimentos proveen pinturas parciales de los procesos involucrados
en las señales de calcio. El modelado matemático de las señales es el
que provee un marco general de las mismas con el cual se puede entender
la conexión entre las distintas pinturas parciales que dan los experimentos.
Es en este modelado y en el desarrollo de nuevas técnicas de análisis
de los datos experimentales que yo trabajo, junto con varios estudiantes
e investigadores del Departamento de Física de la FCEyN. Se trata de un
proyecto interdisciplinario del cual participan también grupos de biólogos
de otras universidades. Ahora bien, la diversidad de órdenes de magnitud
de las escalas involucradas presenta también desafíos interesantes para
el modelado, ya que hay herramientas más o menos adecuadas dependiendo
de las escalas. Estas incluyen desde simulaciones estocásticas hasta descripciones
de tipo campo medio. Un modelo abarcador debe compatibilizar estos abordajes
en un marco único. Por otro lado, un aspecto que nos interesa explorar
dentro de este proyecto es el nivel de detalle que es necesario incluir
en el modelado para poder contestar preguntas biológicas. Los biólogos
tienen una tendencia a resaltar las diferencias, mientras que los físicos
tienden a abstraer los problemas, englobando en una misma descripción
sistemas que, para los biólogos, son claramente distintos. ¿Pueden los
físicos con su tendencia a la simplificación contestar preguntas biológicas?
Yo creo que sí y uno de nuestros desafíos es mostrarlo.
En
este proyecto estamos tratando de entender el “lenguaje” del calcio, determinando
las “palabras” que puede pronunciar y cómo éstas se ven afectadas por
los distintos componentes presentes en la célula. En este camino estamos
aprendiendo también a comunicarnos con científicos que miran el mismo
problema con otros ojos.

Algunas de las funciones celulares
dependientes del ion calcio en las células de mamíferos |

Señales de calcio en ovocitos de Xenopus Laevis usando microscopía
confocal e indicadores fluorescentes de calcio. En estos ejemplos
las señales de calcio ocurren cuando se libera calcio desde el retículo
endoplasmático a través de canales/receptores de IP3. Las distintas
señales son obtenidas liberando distintas cantidades de IP3. Los blips
corresponden a liberaciones pequeñas y las ondas a liberaciones mayores.
En las figuras, el eje vertical es la posición y el horizontal es
el tiempo. Los tipos de eventos que se observan son: blips (se supone
que corresponden a la liberación a través de un único canal), puffs
(se supone que corresponden a la liberación a través de varios canales
en un cúmulo) y ondas (cuando la liberación desde un cúmulo induce
la liberación desde otro vecino). Estas son algunas de las «palabras»
que pronuncia el calcio en estas células. Las figuras fueron hechas
por el grupo de Ian Parker de la Universidad de California en Irvine.
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Ciencia,
Tecnología y Género

Silvina Ponce Dawson.
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La
doctora Silvina Ponce Dawson, no sólo es investigadora y docente
en la FCEyN sino que también, desde julio de 2005, es Directora
del Departamento de Física. Pero además, interesada por cuestiones
que relacionan su área científica con su propio género, representa
a la Facultad coordinando un proyecto llamado “GenTec” (Proyecto
Iberoamericano de Ciencia, Tecnología y Género).
El
proyecto GenTec es una iniciativa de la Unesco para Iberoamérica,
dirigido a conocer la situación de la mujer en las actividades de
investigación científica. “Es un tema que tiene un fuerte interés
mundial”, explica la investigadora. “En la mayoría de los países
desarrollados la proporción de mujeres que siguen carreras como
física, matemática o ingeniería es muy baja”.
Argentina,
sin embargo, parece ser una grata excepción. El porcentaje de mujeres
universitarias que se inclinan por la ciencia es del 33%, cifra
que no resulta tan baja. Aún así, el número de varones en la carrera
es mayor.
Pero,
la supremacía masculina se pone aquí en evidencia en lo que se llama
un “techo de cristal”. “Se llama así porque es invisible, comenta
Ponce Dawson, e implica que, mantener la competitividad en el tiempo,
en lo que es la carrera académica, se hace más difícil siendo mujer”.
“Las
posibilidades de pasar de ser becario a investigador disminuyen
mucho en el caso de las mujeres. La proporción de mujeres que pasan
a niveles más altos es mucho más baja en comparación con la proporción
de mujeres que entran a la carrera”.
Muchas
veces, lo que interfiere en la carrera femenina son las obligaciones
familiares. Por ejemplo, los viajes al exterior, necesarios para
el desarrollo en este tipo de especialidades, suelen ser una complicación
para las mujeres casadas. “Cuando es el hombre el que se quiere
ir, generalmente la mujer deja de lado su actividad para acompañarlo,
dice la doctora Ponce Dawson. “Pero no es tan fácil cuando es al
revés, convencer a los maridos para irse del país”, concluye.
Pero,
aunque a veces cueste encontrar a otra mujer haciendo investigación
en física, la doctora Ponce Dawson no se siente discriminada. “Nunca
sentí un trato diferente”, reconoce.
Patricia
Olivella
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