Parabiosis

técnica de laboratorio para estudiar fisiología

Para el episodio de Homeland del mismo nombre, consulte Parabiosis (Homeland) .

La parabiosis , que significa "vivir al lado", es una técnica de laboratorio para estudiar fisiología . Combina dos organismos vivos que se unen quirúrgicamente para desarrollar un sistema fisiológico único y compartido. La parabiosis se utiliza en el estudio de áreas como la obesidad , el envejecimiento biológico , la investigación de células madre , la regeneración de tejidos , la diabetes , el trasplante de órganos , la biología tumoral y la endocrinología . ^[1]

También puede describir una ecología comunal de especies separadas de hormigas en colonias.

Fisiología

Experimentos parabióticos

Izquierda: Una polilla de Cecropia sin cabeza unida a una pupa del gusano de seda Polifemo . Derecha: El abdomen de una polilla de Cecropia unido a una pupa de Cecropia

La parabiosis combina dos organismos vivos que se unen quirúrgicamente y desarrollan sistemas fisiológicos únicos y compartidos. ^{[2] [3] Los} investigadores pueden demostrar que el sistema de retroalimentación en un animal circula y afecta al segundo animal a través del intercambio de sangre y plasma.

Los experimentos parabióticos fueron iniciados por Paul Bert a mediados del siglo XIX. Postuló que los animales conectados quirúrgicamente podrían compartir un sistema circulatorio. Bert recibió el Premio de Fisiología Experimental de la Academia Francesa de Ciencias en 1866 por sus descubrimientos. ^[1]

Una limitación de los experimentos es que no se pueden usar ratas consanguíneas porque puede conducir a una pérdida significativa de pares debido a la intoxicación del suministro de sangre de una rata diferente. ^[4]

Descubrimiento de la leptina y el papel del hipotálamo en la obesidad

Muchos de los experimentos parabióticos desde 1950 involucran investigaciones sobre el metabolismo. Uno de estos experimentos fue publicado en 1959 por GR Hervey en el Journal of Physiology . Este experimento apoyó la teoría de que el daño al hipotálamo, particularmente el hipotálamo ventromedial, conduce a la obesidad causada por el consumo excesivo de alimentos. Las ratas del estudio eran de la misma camada, que había sido una colonia cerrada durante varios años. Las dos ratas de cada par no tenían más de un 3% de diferencia de peso. Las ratas se emparejaron a las cuatro semanas de edad. Se utilizaron ratas no apareadas como controles. Las ratas se unieron de tres formas. En los primeros experimentos, las cavidades peritoneales se abrieron y conectaron entre las dos ratas. En experimentos posteriores, para evitar el riesgo de enredar los intestinos de las dos ratas, se hicieron cortes más pequeños. Después de un mayor refinamiento del procedimiento experimental, las cavidades abdominales no se abrieron y las ratas se unieron en el hueso de la cadera con un corte mínimo. Para demostrar que los dos animales compartían sangre, los investigadores inyectaron tinte en las venas de una rata,y el pigmento aparecería en la rata unida.

En cada par, una rata se volvió obesa y exhibió hiperfagia. El peso de la rata con la lesión quirúrgica aumentó rápidamente durante unos meses y luego alcanzó una meseta como resultado directo del procedimiento quirúrgico. Después del procedimiento, la rata con el hipotálamo deteriorado comió vorazmente mientras que el apetito de la rata emparejada disminuyó. La rata emparejada se volvió obviamente delgada a lo largo del experimento, incluso rechazando la comida cuando se le ofreció. ^{[5] [6]}

Estudios posteriores identificaron este factor de saciedad como la hormona leptina derivada del tejido adiposo. . Se demostró que muchas hormonas y metabolitos no eran el factor de saciedad que provocó que una rata muriera de hambre en los experimentos. La leptina parecía un candidato viable. A partir de 1977, Ruth BS Harris, estudiante de posgrado de Hervey, repitió estudios previos sobre la parabiosis en ratas y ratones. Debido al descubrimiento de la leptina, analizó las concentraciones de leptina de los ratones en los experimentos parabióticos. Después de inyectar leptina en el ratón obeso de cada pareja, descubrió que la leptina circulaba entre los animales unidos, pero la circulación de la leptina tardaba algún tiempo en alcanzar el equilibrio. Como resultado de las inyecciones, la pérdida de peso casi inmediata resultó en pares parabióticos debido a una mayor inhibición. Aproximadamente el 50-70% de la grasa se perdió en pares. El ratón obeso solo perdió grasa. El ratón magro perdió masa muscular y grasa.Harris concluyó que los niveles de leptina aumentan en los animales obesos, pero otros factores también podrían afectarlos. Además, se determinó que la leptina disminuye el almacenamiento de grasa tanto en animales obesos como delgados.^[4]

Los primeros experimentos parabióticos también incluyeron la investigación del cáncer. Un estudio, publicado en 1966 por Friedell, estudió los efectos de la radiación con rayos X en los tumores de ovario. Para estudiar los tumores, se unieron dos ratas hembras adultas. Se protegió a la rata izquierda y se expuso a la derecha a altos niveles de radiación. Las ratas recibieron una cantidad controlada de comida y agua. 149 de 328 pares mostraron posibles tumores de ovario en los animales irradiados, pero no en sus parejas. Este resultado coincidió con estudios previos de ratas individuales. ^[7]

Investigación sobre el envejecimiento

Las enfermedades crónicas de la edad se estudian uniendo un animal más viejo con un animal más joven. Este proceso, conocido como parabiosis heterocrónica , se ha utilizado en estudios para investigar los cambios relacionados con la edad y la enfermedad en la composición de la sangre, especialmente el proteoma plasmático . ^[8] Este proceso podría usarse para investigar enfermedades cardiovasculares, diabetes, osteoartritis y enfermedad de Alzheimer. A medida que los animales envejecen, sus oligodendrocitos reducen la ineficacia, lo que resulta en una disminución de la mielinización , lo que provoca efectos negativos en el sistema nervioso central (SNC). Julia Ruckh y sus colegas investigadores han utilizado la parabiosis para estudiar la remielinización.de células madre adultas para ver si la unión de ratones jóvenes con ratones mayores podría revertir o retrasar este proceso. Los dos ratones se combinaron en el experimento y se indujo la desmielinización mediante inyección en los ratones más viejos. El experimento determinó que los factores de los ratones más jóvenes revirtieron la desmielinización del SNC en los ratones más viejos al revitalizar los oligodendrocitos. Los monocitosde los ratones más jóvenes también mejoró la capacidad de los ratones más viejos para eliminar los restos de mielina porque los monocitos jóvenes pueden eliminar los lípidos de las vainas de mielina de manera más eficaz que los monocitos más viejos. La unión de los dos animales revirtió los efectos de la edad en las células de mielinización. La capacidad de las células del ratón joven no se vio afectada. La inmunidad mejorada del ratón más joven también promovió la salud general del ratón más viejo en cada par. Los resultados de este experimento podrían conducir a procesos de terapia para personas con enfermedades desmielinizantes como la esclerosis múltiple. ^{[9] [1]}

Ejemplos naturales

El término también es aplicable a condiciones que ocurren espontáneamente, como en gemelos unidos . ^[10]

Obligada reproducción parasitaria del rape de la familia Ceratiidae , en la que los sistemas circulatorios de machos y hembras se unen por completo. Sin el apego de los machos a las hembras, las funciones endocrinas no pueden madurar; los individuos no se desarrollan adecuadamente y mueren jóvenes y sin reproducirse. ^[11]

Las plantas que crecen muy juntas raíces o tallos en contacto íntimo a veces forman injertos naturales. En plantas parásitas como el muérdago y la cuscuta, la haustoria une los sistemas circulatorios del huésped y el parásito tan íntimamente que los parásitos gemelos como Cassytha pueden actuar como vectores que transportan organismos patógenos de una planta huésped a otra. ^[12]

Ecología

Organismos sociales que comparten nidos

Hormigas Crematogaster modiglianii y Camponotus rufifemur compartiendo un nido

Las colonias de hormigas pueden compartir sus nidos con especies de hormigas esencialmente no relacionadas. Obviamente, no compartieron nada más allá del mantenimiento de los nidos, incluso segregando a sus crías, por lo que estas fueron observaciones muy sorprendentes; la mayoría de las hormigas son radicalmente intolerantes con los intrusos, por lo general incluso los intrusos de su propia especie.

A principios del siglo XX, Auguste-Henri Forel acuñó el término "parabiosis" para este tipo de asociaciones, y fue adoptado por personas como William Morton Wheeler . ^{[13] [14]} Además, existe evidencia de la división de funciones y la distribución desigual del trabajo entre las dos especies en el nido. ^{[15] Los} primeros informes de que las colonias de hormigas parabióticas se alimentan y se alimentan juntas pacíficamente también han sido calificados por observaciones que revelaron que las hormigas de una especie en una asociación de este tipo desplazaban agresivamente a los miembros de la otra especie de los alimentos proporcionados artificialmente, mientras que también se beneficiaban siguiendo sus senderos de reclutamiento. a nuevas fuentes de alimentos. ^[14]Se beneficia de la defensa y el mantenimiento compartidos del nido incluso cuando no hay cooperación ni interacción directa entre las dos poblaciones asociadas en un nido. ^[dieciséis]

Etimología

La parabiosis se deriva más directamente del nuevo latín , ^[10] pero el latín a su vez deriva de dos raíces griegas clásicas. El primero es παρά ( para ) para "al lado de" o "al lado de". En la etimología moderna, esta raíz aparece en varios sentidos, como "cerca de", "fuera de" y "diferente".

• En el sentido fisiológico de "parabiosis", "para" aparentemente tenía la intención de significar "junto a".
• Al describir estados fisiológicos transitoriamente inactivos, "para" aparentemente significaba "fuera de".
• En el uso ecológico, la palabra fue acuñada por el entomólogo Auguste-Henri Forel como un análogo de " simbiosis ", también en el sentido de "junto a". Sin embargo, en este caso, el énfasis estaba en contraste con "juntos" ("sym-").

La segunda raíz griega clásica de la que deriva el latín es βίος ( bios ), que significa "vida".

Ver también

• Comensalismo
• Mutualismo (biología)
• Simbiosis

Referencias

1. Eggel, A .; Wyss-Coray, T. (2014). "Parabiosis para el estudio de enfermedades crónicas relacionadas con la edad" . Semanario médico suizo . 144 : 13914. doi : 10.4414 / smw.2014.13914 . PMC  4082987 . PMID  24496774 .
2. Biju Parekkadan y Martin L. Yarmush (eds). Bioingeniería de células madre. Capítulo 10: "La parabiosis en la investigación del envejecimiento y la medicina regenerativa" Artech House 2009 ISBN 978-1596934023 
3. Zarrow, MX Experimental Endocrinology: A Sourcebook of Basic Techniques Academic Press 1964 ISBN 978-0124143609 
4. Harris, RBS (2013). "¿Es la leptina el factor de" saciedad "parabiótico? Interpretaciones pasadas y presentes" . Apetito . 61 (1): 111-118. doi : 10.1016 / j.appet.2012.08.006 . PMC 3749919 . PMID 22889986 .  
5. Hervey, GR (1959). "Los efectos de las lesiones en el hipotálamo en ratas parabióticas" . La revista de fisiología . 145 (2): 336–352. doi : 10.1113 / jphysiol.1959.sp006145 . PMC 1356830 . PMID 13642304 .  
6. Coleman, D (2010). "Una perspectiva histórica sobre la leptina". Medicina de la naturaleza . 16 (10): 1097–1099. doi : 10.1038 / nm1010-1097 . PMID 20930752 . S2CID 21890417 .  
7. Friedell, GH; Sommers, SC; Chute, RN; Warren, S. (1966). "Tumorigénesis ovárica en ratas parabióticas irradiadas". Investigación del cáncer . 3 (3): 427–434. PMID 5930688 . 
8. Pluvinage, John V .; Wyss-Coray, Tony (febrero de 2020). "Factores sistémicos como mediadores de la homeostasis cerebral, envejecimiento y neurodegeneración" . Nature Reviews Neurociencia . 21 (2): 93-102. doi : 10.1038 / s41583-019-0255-9 . ISSN 1471-003X . PMID 31913356 . S2CID 210044841 .   
9. Ruckh, Julia M .; Zhao, Jing-Wei; Sadrac, Jennifer L .; Peter; Nageswara Rao, Tata; Apuestas, Amy J .; Franklin, Robin JM (2012). "Rejuvenecimiento de la regeneración en el envejecimiento del sistema nervioso central" . Célula madre celular . 10 (1): 96–103. doi : 10.1016 / j.stem.2011.11.019 . PMC 3714794 . PMID 22226359 .  
10. [1]
11. Rohde, Klaus. Parasitología marina. Publicaciones CSIRO 2005. ISBN 978-0643090255 
12. Haynes, Alan R., Coile, Nancy C., Schubert. Timothy S .; "Comparación de dos enredaderas parasitarias: Dodder (Cuscuta) y Woe Vine (Cassytha)". Circular de Botánica No. 30. Fla. Dept Agric. Y Servicios al Consumidor Enero / Febrero de 1996. División de Industria Vegetal
13. Wheeler, William Morton (1921). "Un nuevo caso de parabiosis y los" jardines de hormigas "de la Guayana Británica" . Ecología . 2 (2): 89–103. doi : 10.2307 / 1928921 . JSTOR 1928921 . 
14. Swain, RB (1980). "Competencia trófica entre hormigas parabióticas". Insectes Sociaux . 27 (4): 377–390. doi : 10.1007 / BF02223730 . S2CID 39194355 . 
15. Menzel, Florian; Linsenmair, Karl Eduard; Blüthgen, Nico (2008). "Tolerancia interespecífica selectiva en asociaciones tropicales Crematogaster-Camponotus". Comportamiento animal . 75 (3): 837–846. doi : 10.1016 / j.anbehav.2007.07.005 . S2CID 140210373 . 
16. Menzel, F .; Blüthgen, N. (2010). "Asociaciones parabióticas entre hormigas tropicales: ¿asociación igualitaria o explotación parasitaria?" . Revista de Ecología Animal . 79 (1): 71–81. doi : 10.1111 / j.1365-2656.2009.01628.x . PMID 19891712 .