La introducción de Michael Behe de máquinas moleculares irreductiblemente complejas (CI) en La Caja Negra de Darwin es un regalo que sigue obsequiando. Muchos lectores probablemente nunca habían oído hablar de cilios o flagelos en 1996. El hecho de que esas máquinas todavía sean ilustraciones útiles de la complejidad irreductible (CI) ahora, incluso más poderosas que hace 25 años, es una fuerte afirmación de su tesis de que la CI da evidencia de Diseño Inteligente. El flagelo bacteriano tiende a recibir más menciones porque es un motor fuera de borda tan genial con el que los legos pueden identificarse de inmediato. No menos maravilloso, aunque un poco más oscuro, es el cilio.
Behe actualizó su descripción del cilio en su segundo libro, The Edge of Evolution (2007), pero la investigación ha continuado a buen ritmo. El cilio clava el caso del diseño inteligente más que nunca, especialmente cuando se considera cómo se construye el orgánulo. ¡Dentro de esas diminutas proyecciones en forma de pelos hay un sistema de transporte avanzado que se ve en todo el mundo como un vagón motorizado de dos vías dentro de un pozo de mina!
En Current Biology, Gaia Pigino escribió un “Manual básico” sobre transporte intraflagelar (TIF). Se llama intraflagelar porque un cilio es un tipo de flagelo (latín para látigo), que en el sentido genérico significa una estructura en forma de látigo que se puede mover. Tanto los cilios como los flagelos utilizan el sistema TIF para la construcción porque ambos necesitan transportar sus bloques de construcción por un eje desde la base hasta la punta distal. Desde la perspectiva del vagón, la punta parecería muy lejana.
Hay cilios móviles, como los que mantienen limpias nuestras tráqueas e impulsan los espermatozoides, y cilios «primarios», que actúan como antenas sensoriales en casi todas las células. La construcción precisa de los cilios es vital. Cuando las cosas van mal, una serie de problemas llamados ciliopatías pueden provocar enfermedades graves y la muerte. Este sitio los ha mencionado brevemente en años anteriores (aquí y aquí).
Lista de las partes
Considere primero cuántas partes funcionales se necesitan para construir un cilio. La lista de piezas de Pigino comienza con microtúbulos en una disposición de 9 + 2 que ascienden por el cilio desde la base hasta la punta. Los dos microtúbulos centrales son singletes; el anillo exterior de 9 está en pares de dobletes. En esos rieles hay dos motores: kinesina-2, que viaja de la base a la punta (anterógrada), y dineína-2, que va de la punta a la base. La kinesina-2 tiene una cabeza, un tallo, una bisagra y dos «pies» (llamados cabezas) que caminan sobre el microtúbulo mientras llevan una carga; el motor contiene seis subunidades de proteínas. La dineína-2 también tiene un motor, un tallo, un enlazador y una cola, y está alimentado por dos dominios AAA + que gastan ATP para obtener energía. Esos son los dos tipos de motores y trabajan en equipos a lo largo de los microtúbulos.
Las proteínas IFT están numeradas, como IFT8 e IFT176. Los complejos IFT, como IFT-A, están compuestos por seis proteínas IFT. IFT-B, con 16 proteínas IFT, es otro complejo. Estos viajan a lo largo de los trenes hasta la punta, actuando como adaptadores para la carga, que incluye proteínas de tubulina, partes de dineína, proteínas de membrana y otras proteínas IFT.
En la base, una estructura corporal basal llamada BBSoma se forma a partir de ocho proteínas BB. Funciona como el adaptador de carga para el tren anterógrado. Autentica otras moléculas que intentan entrar en el cilio y mueve la carga que sale del tren retrógrado. En general, “Aproximadamente 24 proteínas diferentes constituyen la unidad funcional mínima teórica de IFT”, dice Pigino, aunque es necesario aprender mucho.
Para abordar las muchas preguntas fascinantes que quedan sobre la función y los mecanismos de IFT dentro del cilio y más allá, se requerirá el desarrollo de nuevas tecnologías. Afortunadamente, en los últimos años se han introducido enfoques como la microscopía electrónica de barrido crio-FIB, la microscopía electrónica y de luz criocorrelativa y la microscopía de expansión. La oportunidad de combinar estos enfoques con el etiquetado de proteínas in situ para EM, el aislamiento de complejos IFT activos y la reconstitución y reactivación in vitro de la maquinaria de IFT sugiere que los estudios de IFT continuarán brindando información importante en el futuro. [Énfasis añadido.]
Se requiere una secuencia precisa de aminoácidos para la función de cada proteína, y cuanto más larga sea la proteína, más improbable que la posibilidad de hacerlo bien. Las proteínas IFT son grandes. Por ejemplo, BBS1 en BBSoma tiene 593 residuos de aminoácidos; IFT172 (parte del complejo IFT-B) tiene 1.749. La improbabilidad se agrava cuando las proteínas tienen que trabajar juntas. No es necesario insistir en el tema nuevamente, pero es instructivo que Pigino nunca mencione la evolución en su artículo.
Montar el tren
El movimiento de carga hacia arriba y hacia abajo del cilio se realiza en cinco pasos. Primero, el tren se ensambla en la base. Las kinesinas se alinean a lo largo de un doblete de microtúbulos, sus «cabezas» tocan las pistas. Las partes de dineína (el motor de retorno) se cargan de manera que no toquen las orugas, evitando un “tira y afloja” entre los motores. Las piezas de la membrana y otras cargas se cargan con la ayuda de IFT-A e IFT-B. Como un vagón monorraíl bien organizado, el tren terminado «camina» por la vía con la ayuda de múltiples motores de kinesina-2 propulsados por ATP.
En la punta, comienza la tercera fase. La carga se descarga y se transporta al cilio en crecimiento (microtúbulos y membrana). Al mismo tiempo, los motores de dineína se ensamblan en una «configuración abierta como un estado intermedio para garantizar una activación controlada». Las kinesinas se desmontan para su transporte de regreso a la base. La cuarta etapa activa las dineínas y pone en marcha el tren, llevando tanto los complejos IFT como los productos de desecho a la base. La quinta y última etapa descarga la carga, desmonta el tren retrógrado y recicla las piezas. Si concibe vagones en un pozo de mina angosto que transporta las herramientas que necesitan los mineros en el extremo más alejado y devuelve los carros con productos de desecho, la analogía parece adecuada: solo las acciones de la célula están todas automatizadas.
Todo tiene que funcionar
Pigino dedica gran parte de su Manual básico a hablar de las ciliopatías: las enfermedades de los cilios rotos. Cuando el IFT o las partes del motor tienen mutaciones, o el cilio no se desarrolla adecuadamente, suceden cosas terribles, cosas realmente terribles. Eso es si el organismo (o la persona) sobrevive. Muchas ciliopatías no se observan porque el defecto causa «problemas importantes durante el desarrollo embrionario temprano que conducen a la muerte neonatal en los vertebrados». Enumera 14 ciliopatías conocidas que causan síndromes con nombre, como el síndrome de Bardet-Biedl, que causa “distrofia de conos y bastones, polidactilia, obesidad central, hipogonadismo y disfunción renal” o retinitis pigmentosa, que causa ceguera. Sin entrar en detalles sangrientos, estos defectos ciliares pueden dañar el esqueleto, los ojos, los riñones, el cerebro o múltiples sistemas del cuerpo a la vez.
Por lo general, funciona
Para la mayoría de las personas que nacen con cilios activos, esto es lo que hacen por nosotros:
Las células necesitan poder detectar diferentes tipos de señales, como estímulos químicos y mecánicos, del entorno extracelular para funcionar correctamente. La mayoría de las células eucariotas detectan estas señales en parte a través de un orgánulo parecido a un cabello especializado, el cilio, que se extiende desde el cuerpo celular como una especie de antena. Las funciones de señalización y sensoriales de los cilios son fundamentales durante las primeras etapas del desarrollo embrionario, cuando los cilios coordinan el establecimiento de la asimetría interna izquierda-derecha que es típica del cuerpo de los vertebrados. Posteriormente, los cilios continúan siendo necesarios para el correcto desarrollo y funcionamiento de tejidos y órganos específicos, como el cerebro, el corazón, los riñones, el hígado y el páncreas. Los cilios sensoriales nos permiten sentir el entorno que nos rodea; por ejemplo, vemos como resultado de la conexión de los cilios de los fotorreceptores en nuestra retina, olemos a través de los cilios sensoriales en las puntas de nuestras neuronas olfativas y escuchamos gracias a los cinocilios de nuestras células ciliadas sensoriales. Los cilios móviles, que a su vez tienen funciones sensoriales, también funcionan como extensiones a modo de hélice que nos permiten respirar porque mantienen limpios nuestros pulmones, reproducirnos porque impulsan los espermatozoides e incluso razonar adecuadamente porque contribuyen al flujo del líquido cefalorraquídeo. en nuestros ventrículos cerebrales…. Por tanto, el correcto funcionamiento de los cilios es fundamental para la salud humana.
El profesor Behe hizo un gran servicio al presentar estas maravillosas máquinas a un público más amplio. En 1996, introdujo los cilios como ejemplos de complejidad irreducible. En 2007, con una década de nuevos conocimientos de los que basarse, llamó a los cilios ejemplos de «complejidad irreducible al cuadrado». La cartilla de Pigina sobre cilios no puede discutir eso. Si puede respirar, comer, oler, saborear, oír y caminar, agradézcale al Diseñador Inteligente por los cilios que hacen posible estos placeres.
Artículo publcado originalmente en inglés por Evolution News & Science Today