HISTORIAS DEL OCÉANO PROFUNDO (ventilas hidrotermales, gusanos gigantes y cáncer cerebral)

La juventud está repleta de sueños e ilusiones que siempre intentamos cumplir. Se logren rápido o lento, alcanzarlos lleva consigo perseverancia, trabajo y, quizá, hasta una pizca de suerte; de esta forma, al menos eso creo, es cómo llegué a la universidad y cómo hoy en día persigo una posible cura para el cáncer de cerebro basada en moléculas generadas por gusanos gigantes del fondo marino. Por Mónica Adriana Torres Ramos*

Pero empecemos por el principio, yo sería bióloga y anhelaba especializarme en vida marina. En el primer semestre de la carrera cursé la asignatura de geología ––dedicada a los movimientos de la tierra, volcanes y rocas––, me gustó tanto que, si me hubiera detenido un poco más a proyectarla en mí futuro, me habría resultado muy difícil decidir entre ser bióloga o geóloga.

Diana, mi profesora de geología, era muy joven, vital y se esmeraba porque los futuros biólogos entendieran y se interesaran por la materia. Un día, después de una breve ausencia, llegó extasiada, y yo quedé impactada cuando comenzó a hablarnos de su reciente expedición al Golfo de California. Viaje que había realizado junto con un grupo de investigadores de diferentes nacionalidades a bordo de un gran barco de investigación donde llevaban a Alvin.

Alvin es un submarino pequeño ––al menos comparado con otros–– dentro del que pueden descender tres personas (suelen ser dos investigadores y el capitán) hacia las profundidades del océano. Probablemente su hito más conocido haya sido localizar y explorar los remanentes del Titanic. Las muestras que se obtienen del fondo marino se colectan utilizando enormes brazos robóticos, ya que las personas no pueden abandonar la nave; si lo hicieran, resentirían la enorme presión de cargar toneladas de agua encima, tal nivel de compresión que las consecuencias serían fatales.

La profesora seguía con su relato que pretendía ser una clase, manoteaba en el aire mostrando su entusiasmo y la teníamos que interrumpir con preguntas para conocer los detalles: ¿exactamente en dónde habían bajado? ¿A qué profundidad descendieron? ¿Cuál fue el propósito del viaje? ¿Qué teníamos que hacer para estar en una expedición como esa? Como buena geóloga, Diana comenzó a hablar del relieve marino, partiendo de un sitio que muchos hemos disfrutado y en donde yo pensaba que empezaría mi vida profesional: la costa.

Los océanos comienzan en cualquier costa, parte de la llamada plataforma continental, que termina aproximadamente a 200 metros de profundidad. Hasta los primeros 30 metros de la plataforma resplandece la luz y el sol proporciona suficiente calor para que sobrevivan los arrecifes de coral. Mi profesora seguía hablando de acantilados, rocas, sedimentos y arena, mientras yo pensaba en todos los seres vivos que cohabitan en un arrecife. La tremenda biodiversidad que merodea en ese ecosistema gracias a las condiciones de luz, temperatura y sales minerales presentes.

Después de la plataforma continental, el fondo marino desciende abruptamente hasta una zona que llamamos talud continental, que puede tener desde 700 hasta 3,500 metros de profundidad. También, aunque no necesariamente de forma continua, existen zonas de grandes fosas llamadas abisales. Se trata de abismos de hasta 11,000 metros de profundidad, y pensar que bajo apenas un kilómetro de la superficie la oscuridad es total.

Las increíbles ventilas hidrotermales

A pesar de lo interesante que parecía la zona abisal, Diana ni siquiera se percató de que no la había mencionado, pues se quedó hablándonos sobre el fondo marino. El lecho donde se localizan las calcinantes grietas submarinas y zonas de subducción, que dan la impresión como de que quisieran escaparse las entrañas del planeta. Supongo que de alguna manera sí consiguen hacerlo, pero en forma de material incandescente, con grandes fumarolas como aquellas que emanan de los volcanes activos y que pueden alcanzar hasta los 450 °C conforme expulsan una gran cantidad de elementos químicos.

Las fumarolas negras contienen elementos como el hierro y el sulfuro, mientras que las blancas son ricas en bario, calcio y sílice. Sin importar el color, los gases en cuestión carecen de oxígeno, por lo que son mortales para los moradores de la superficie de la tierra. A las grietas submarinas de donde emanan fumarolas se les denomina como ventilas hidrotermales. Aunque dependiendo de la región, también reciben el nombre de fosas, fumarolas o fuentes hidrotermales. Creo que nunca vi a Diana tan emocionada como cuando llegó al momento de hablarnos de ellas.

Estos sistemas hidrotermales de aguas profundas ––nos explicó–– son como geiseres que se encuentran en las zonas de expansión de la corteza terrestre submarina, es decir a lo largo de las colosales dorsales oceánicas. Las del Atlántico o el Pacífico, por ejemplo, pueden alcanzar hasta ¡tres mil metros de alto! Entre estas elevaciones abunda el vulcanismo en grietas donde brota magma continuamente y se pueden llegar a formar nuevos volcanes. Pues bien, mis futuros biólogos —continuó diciendo la profesora de geología— la vida también se abre paso en esas ventilas de los fondos oceánicos.

México es un país tan rico en términos de paisaje y biodiversidad que incluso en el fondo de sus mares la naturaleza prueba ser sobresaliente. El ecosistema de las ventilas hidrotermales del océano mexicano fue descubierto en los años setenta del siglo XX; particularmente alrededor de las fosas del Golfo de California se forman hábitats que albergan un catálogo de criaturas extraordinarias, desde microorganismos quimiosintéticos hasta animales como corales blandos en forma de abanico, anémonas, almejas, mejillones enormes, cangrejos, peces y diferentes especies de gusanos tubulares gigantes con penachos rojo bermellón. A tales seres adaptados a las condiciones ambientales más extremas se les llama extremófilos.

Los gusanos marinos estaban en mi horizonte pero yo no lo sabía.

Terminó mi curso de geología sin profundizar más sobre las ventilas, aunque en esos momentos me dejó soñando al menos por algún tiempo con su intrigante naturaleza. Después del curso no volví a ver a Diana. A partir de ahí, durante varios semestres, mi vida de estudiante continuó fluyendo y, como suele ser la norma cuando reparamos en ello, en un abrir y cerrar de ojos habían pasado muchos años. Más de una década. Incluso, tuve la fortuna de realizar un posgrado en el extranjero. ¡En neurociencias! Vaya que da vueltas la vida… Confieso que a lo largo de todos esos años nunca imaginé que las ventilas hidrotermales terminarían por formar parte de mi carrera científica.

Cuando volví al país de mi estancia de investigación posdoctoral, me puse en contacto con otros investigadores, colegas y amigos. Entonces, tras varios meses de reintegración a la mexicanidad, un colega que trabaja en uno de los institutos de la universidad me llamó y dijo:

  —Mónica, en mi congelador tengo unos organismos del fondo del mar, son unos gusanos gigantes. Sé que has trabajado con medusas y otros animales marinos, ¿colaboramos y los investigamos juntos?

De repente llegaron a mi cabeza los recuerdos de aquella clase de geología de años atrás. No lo podía creer. ¿Cuántos gusanos tendría para investigar? ¿Podría soñar con participar en una expedición para colectar más? Me comían las ansias para tener en mis manos a esos organismos extraordinarios. Por supuesto que en ese momento no sabía mucho de la vida de los poliquetos (así les llamamos los biólogos a los gusanos invertebrados con cuerpo segmentado, de los cuales los géneros más conocidos de ventilas hidrotermales son Alvinela y Riftia).  

De esta manera comenzó mi historia con los gusanos marinos gigantes, específicamente trabajamos con Riftia pachyptila. Antes de ello parecía que para mí los círculos académicos de la oceanografía y la biología marina se habían cerrado, pero no, ahora regresaba al mar, aunque dentro de un laboratorio.

La tarde acordada llegué al laboratorio de mi colega, acompañada por Alex, mi alumna entusiasta y transportamos los especímenes de R. pachyptila en grandes recipientes térmicos con hielo seco hacía mi laboratorio; preservándolos así de los cambios bruscos de temperatura para evitar la pérdida de sus proteínas y otros componentes químicos productos de su metabolismo (metabolitos secundarios).

Los metabolitos secundarios son compuestos químicos muy estudiados en las plantas y sus derivados, los más famosos son aquellos que forman parte de nuestra dieta y que conocemos como antioxidantes, pero hay miles de moléculas similares producto de otros organismos. Tanto su forma como su producción dependen de la especie y del ambiente en donde habitan, el hábitat extremo de R. pachyptila, por ejemplo, es abundante en sulfuro de hidrógeno (H₂S) producto de las fumarolas.

Ante la alargada forma de los gusanos gigantes las preguntas comenzaron a suscitarse en mi mente: ¿qué metabolitos generarían? ¿Encontraríamos moléculas nuevas? ¿O por lo menos algunas de las que se ven de manera menos frecuente, o en concentraciones muy escasas, tratándose de organismos terrestres u oriundos de regiones marinas menos lejanas? Y, por supuesto, la pregunta obligada: ¿podría ser que alguna de las moléculas que halláramos tendría una aplicación práctica, quizás relevante para la industria médica?

Sabíamos que R. pachyptila no puede sobrevivir sola porque, al igual que otros poliquetos, carece de un sistema digestivo, por lo que para suplirlo necesita de bacterias simbiontes; las cuales conforman lo que llamamos el trofosoma, por cierto, son del tipo gammaproteobacterias quimioautótrofas —¡vaya nombre! —. Después de estudiar la información que existía sobre la biología de la especie, nos sorprendió mucho que los gusanos son capaces de controlar la población de sus bacterias, pudiendo provocar su muerte si aumentan demasiado. Así que la cuestión era: si tienen moléculas que controlan la proliferación celular, ¿podrían mantener bajo control también a las células malignas, las cancerígenas por ejemplo? Digamos las que producen un cáncer tan agresivo como el de cerebro (del cual no existe aún cura).

La morfología de R. pachyptila es cilíndrica, encarnan tubos sésiles (que no tienen movilidad) y pueden llegar a medir hasta dos metros de longitud, de ahí lo de gigantes ––imaginen un gusano más alto que un humano––. En el extremo anterior presentan un penacho color rojo carmín o bermellón llamado plúmula branquial, es el único tejido del organismo que se encuentra en contacto con el exterior. A través de este se absorben los compuestos disponibles en el ambiente que serán transportadas hacia el trofosoma y su comunidad bacteriana.

El tubo funciona como una armadura que da protección contra las constantes fluctuaciones fisicoquímicas del medio. Dentro de este se encuentra el tejido que forma el cuerpo, llamado celoma o pared, mientras que a lo largo del interior del gusano distribuye el trofosoma.  Quiero aclarar que las bacterias son parte vital del microbioma de R. pachyptila, sin ellas el organismo no sobrevive. Son las responsables de generar energía celular a través de la oxidación de sulfuros, principalmente del ya mencionado H₂S, pero, de forma análoga, dichas bacterias no sobreviven fuera del gusano.

Como un grano de arena de conocimiento en un mar de dudas científicas

A lo largo de todo este trabajo de indagación el entusiasmo ha sido permanente, sobre todo cuando encontramos cientos de moléculas, algunas con estructuras químicas que al parecer no se habían visto en ningún otro lado, así como otras más comunes pero relevantes, como la de los ácidos grasos. Actualmente estamos investigando si algunas de estas moléculas tienen una actividad citotóxica capaz de promover la muerte en diferentes células de distintos tumores cerebrales.

Al tipo de estudio que he contado le llamamos investigación en ciencia básica. Si encontramos una molécula con actividad anticancerígena y características adecuadas podríamos pasar a los protocolos con animales —con procedimientos bioéticos estrictos—, estudios que llamados pre-clínicos. Y si al menos una molécula consigue superar todas las pruebas de toxicidad y bioactividad, entonces podríamos llegar a realizar pruebas clínicas en humanos voluntarios, para que, en algunos años, después de un arduo estudio de investigación, perseverancia, mucho trabajo y quizá hasta una pisca de suerte —¿se acuerdan del principio de mi historia?— logremos obtener un nuevo medicamento contra el cáncer cerebral a partir de metabolitos de los gusanos gigantes de las ventilas hidrotermales.

Puede ser, se vale soñar, pero me conformo con poner un grano de arena de conocimiento en el mar de las dudas respecto al cáncer cerebral, así como de la vida de estos gusanos marinos de las profundidades, del fondo mismo del océano.

** La investigación que les he contado es financiada por CONACYT #A-1-S-37634. Agradezco a la Bióloga Isabel Pérez Hernández por la realización de las figuras y a José Manuel Posada por adentrarme a este mundo de la escritura de artículos de divulgación de la ciencia.

Más información y referencias:

Mariarosaria Conte, Elisabetta Fontana, Angela Nebbioso, Lucia Altucci. (2021) Marine-Derived Secondary Metabolites as Promising Epigenetic Bio-Compounds for Anticancer Therapy.  Mar Drugs. 2020 Dec 31;19(1):15. doi: 10.3390/md19010015.

Carroll, A. R., Copp, B. R., Davis, R. A., Keyzers, R. A., & Prinsep, M. R. (2021). Marine natural

products. In Natural Product Reports (Vol. 38, Issue 2, pp. 362–413). Royal Society of

Chemistry. https://doi.org/10.1039/d0np00089b

Danovaro, R., Corinaldesi, C., Dell’Anno, A., & Snelgrove, P. V. R. (2017). The deep-sea under

global change. In Current Biology (Vol. 27, Issue 11, pp. R461–R465). Cell Press. https://doi.org/10.1016/j.cub.2017.02.046

González Muñiz, Alejandra Yoselin. (2016). Estudio del efecto de los extractos crudos de Riftia pachyptila en células de glioma humano. Tesis para obtener el título de Bióloga, Facultad de Ciencias, UNAM.