La pérdida de masa muscular que sufren los astronautas en el entorno de gravedad cero del espacio se puede subsanar replicando el mecanismo natural que usan las ardillas para hibernar y despertarse meses después en perfecto estado físico.
Los astronautas que necesiten largos viajes a través del espacio profundo pueden aprovechar un recurso utilizado por cierto tipo de ardillas durante la hibernación para evitar la pérdida de masa muscular.
Cuando las ardillas o los osos hibernan, dejan de comer y duran hasta la primavera simplemente con las reservas de grasa que han almacenado en sus cuerpos.
Por lo general, este tipo de ayuno prolongado e inactividad reduciría significativamente la masa y la función del músculo, pero los que hibernan no sufren este destino. Cómo lo evitan, sin embargo, ha sido un misterio que ahora acaba de resolverse.
Lo ha conseguido un equipo de científicos de la Universidad de Montreal liderado por el biólogo Matthew Regan: ha descubierto que las ardillas emplean microbios intestinales que pueden reciclar el nitrógeno de la urea para preservar la masa muscular, incluso sin alimentos, durante meses seguidos.
Futuros astronautas
Este descubrimiento es tremendamente útil para futuros astronautas: en el entorno de gravedad cero del espacio, la pérdida de masa muscular es un problema que afecta a todos los viajeros espaciales.
Los esfuerzos actuales para combatir la condición giran principalmente en torno al ejercicio físico. Pero si pensamos en viajes más largos, las dimensiones de las naves espaciales restringirán las posibilidades de entrenamiento de los astronautas, lo que afectará a su musculatura.
El nuevo descubrimiento puede ayudar a los astronautas a minimizar sus propios problemas de pérdida de masa muscular causados por la supresión de la síntesis de proteínas inducida por la microgravedad, según los investigadores.
Con este sistema, los astronautas pueden aumentar los procesos de síntesis de proteínas musculares utilizando nitrógeno de urea, y lograr así una mejor salud muscular durante los viajes largos al espacio profundo, cuando viajan en naves espaciales demasiado pequeñas para el ejercicio habitual, según Reagan.
Mecanismo natural para conservar la masa muscular en hibernación
Mantener un correcto equilibrio de nitrógeno es fundamental para la vida. En los mamíferos, las principales fuentes de nitrógeno en la dieta son los aminoácidos y péptidos derivados de las proteínas ingeridas.
El producto final inmediato del catabolismo de las proteínas de los mamíferos es el amoníaco, que es tóxico para las células si se permite que se acumule.
Por lo tanto, los aminoácidos se descomponen en el hígado como parte del ciclo ornitina-urea, lo que resulta en la formación de urea, una molécula bioquímicamente benigna altamente soluble.
Los mamíferos no pueden descomponer la urea, que tradicionalmente se considera un simple producto de desecho que se elimina en la orina.
Sin embargo, la urea del torrente sanguíneo puede pasar al tracto gastrointestinal, donde las bacterias que expresan ureasa escinden la urea en amoníaco y dióxido de carbono.
Las bacterias utilizan el amoníaco como fuente de nitrógeno, produciendo aminoácidos y péptidos necesarios para el crecimiento. Curiosamente, estos productos microbianos pueden reabsorberse en la circulación del mamífero huésped y usarse para procesos sintéticos. Todo este proceso se conoce como 'recuperación de nitrógeno ureico' (UNS).
Gavin S. Stewart, Craig P. Smith, Nutr Res Rev. DOI:10.1079/NRR200498.
Beneficios para la salud muscular
"Debido a que sabemos qué proteínas musculares se suprimen durante los vuelos espaciales, podemos comparar estas proteínas con las que se mejoran con la recuperación de nitrógeno ureico durante la hibernación", explica el científico en un comunicado.
Considera que, si hay una superposición entre las proteínas en el vuelo espacial y las de la hibernación, eso significa que este proceso puede tener beneficios para la salud muscular durante el vuelo espacial.
Reagan apreció también dos detalles importantes: primero, que la incorporación de nitrógeno ureico en la proteína tisular de las ardillas fue mayor a fines del invierno, lo que sugiere que la recuperación de nitrógeno ureico se vuelve más activa a medida que avanza la temporada de hibernación. Esto es diferente a la mayoría de los procesos fisiológicos durante la hibernación, cuando tienden a reducirse significativamente.
Despertar en perfecto estado
En segundo lugar, comprobó que los microbios estaban utilizando el nitrógeno de la urea para construir sus propias proteínas nuevas, lo que les resulta útil porque, al igual que la ardilla, se encuentran en condiciones de hibernación en ayunas. Así, tanto la ardilla como sus microbios se benefician del rescate de nitrógeno ureico, lo que hace de este proceso una verdadera simbiosis.
Lo que esto significa, según Regan, es que las ardillas emergen de la hibernación en la primavera en buena forma. Esto es importante porque la única temporada de apareamiento del año, que es un momento de intensa actividad física, tanto para los machos como para las hembras, ocurre inmediatamente después de que emergen de la hibernación.
Por lo tanto, la función del tejido, particularmente la función del tejido muscular, es muy importante para una temporada de apareamiento exitosa de las ardillas. Y en el caso de los astronautas, augura un despertar en perfecto estado físico una vez terminado el largo viaje espacial.
Otras aplicaciones
Más allá de las implicaciones para los viajes espaciales y la salud de los astronautas, el descubrimiento de Regan podría tener impactos más inmediatos ahora mismo aquí en la Tierra, en las masas hambrientas del mundo subdesarrollado y en los ancianos, señalan los investigadores.
Cientos de millones de personas en todo el mundo experimentan desgaste muscular como consecuencia de diversas condiciones: la desnutrición, por ejemplo, afecta a más de 805 millones de personas en todo el mundo.
Píldora recuperadora
El mecanismo que las ardillas han desarrollado podría permitir la generación de una píldora prebiótica o probiótica que las personas puedan tomar para promover un microbioma intestinal del tipo que tienen las ardillas, y recuperar así masa muscular.
"Para ser claros, estas aplicaciones, aunque teóricamente posibles, están muy lejos de su entrega, y se necesita mucho trabajo adicional para traducir este mecanismo evolucionado naturalmente de manera segura y efectiva a los humanos", advierte Regan.
“Pero una cosa que encuentro alentadora es que un estudio de principios de la década de 1990 proporcionó alguna evidencia de que los humanos son capaces de reciclar pequeñas cantidades de nitrógeno ureico a través de este mismo proceso. Esto sugiere que la maquinaria necesaria está en su lugar. Solo necesita ser optimizado”, concluye Reagan.
Referencia
Nitrogen recycling via gut symbionts increases in ground squirrels over the hibernation season. Matthew D. Regan et al. Science, 27 Jan 2022, Vol 375, Issue 6579, pp. 460-463. DOI:10.1126/science.abh2950
