La hipoxia y su efecto en el camarón
El oxígeno es un elemento básico para la vida de la mayoría de los seres vivos en nuestro planeta; los organismos terrestres lo obtienen del aire, mientras que los acuáticos lo adquieren del oxígeno disuelto en el agua donde viven. Un bajo nivel de oxígeno ambiental (hipoxia), con respecto a las concentraciones normales, induce cambios fisiológicos, metabólicos, bioquímicos, moleculares y generación de especies reactivas de oxígeno (ROS, por sus siglas en inglés) en la mayoría de los organismos.1
Estos cambios involucran un aumento o disminución de la expresión de diversas proteínas en la célula; por ejemplo, aquellas implicadas en el metabolismo energético, apoptosis y defensas antioxidantes, entre otras. La regulación de la expresión génica es indispensable para lograr el equilibrio fisiológico en un organismo (homeostasis) a pesar del estrés, y se sabe que la hipoxia es soportada de diferentes maneras por los distintos organismos.
Entre los animales terrestres, las ratas topo desnudas (Heterocephalus glaber) y las ratas topo ciegas (Spalax galili) son capaces de soportar la hipoxia severa y por ello son utilizadas como modelos de estudio.2 Por otro lado, en los sistemas acuáticos, se encuentran algunos crustáceos marinos como el camarón blanco (Penaeus vannamei) que pueden soportar períodos cortos de hipoxia ambiental.
Hofmann y colaboradores en el 20173 describieron las categorías de hipoxia en los cuerpos de agua reportadas en diferentes investigaciones (figura 1). A este respecto, el Laboratorio de Biología Molecular y Bioquímica (LBMyB) del Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo (CIAD) desde hace más de quince años ha realizado estudios sobre la resiliencia de los organismos marinos a la hipoxia ambiental, utilizando al camarón blanco como organismo modelo.
A través de los años se han realizado varios experimentos con camarones expuestos a diferentes niveles de hipoxia (<3 y ≥1 mg O2/L) y el posterior restablecimiento de las concentraciones normales de oxígeno (reoxigenación) con diferentes tiempos de duración de los tratamientos. Después de estos tratamientos, los organismos expuestos al estrés son sacrificados para obtener diversos tejidos (por ejemplo, branquias, hepatopáncreas, músculo y hemocitos), con el fin de estudiar cómo el camarón es capaz de soportar la hipoxia a nivel molecular, bioquímico, metabólico y fisiológico.
De acuerdo con los resultados obtenidos en estos estudios (tabla 1), se ha detectado que algunos factores de transcripción como HIF-1 y p53 participan en la respuesta a hipoxia. HIF-1 regula varios genes importantes para la adaptación celular a la hipoxia, incluyendo algunos del metabolismo de la glucosa, vasodilatación, angiogénesis, etc., mientras que p53 es determinante para el destino de las células hacia el arresto del ciclo celular o la inducción de la apoptosis. Por otro lado, se ha encontrado que se inducen enzimas que intervienen en la degradación (glucólisis) y síntesis (gluconeogénesis) de glucosa, así como en el transporte de carbohidratos para adaptar el metabolismo a la deficiencia de oxígeno. Además, la síntesis y actividad de enzimas antioxidantes que contrarrestan el estrés oxidativo ocasionado por la sobreproducción de ROS también son afectadas por cambios en las concentraciones de oxígeno. Asimismo, la concentración de metabolitos como la glucosa y el lactato en los tejidos estudiados son afectados por la hipoxia.4
Tabla 1. Proteínas reguladas por hipoxia en tejidos del camarón blanco
Información generada en el LBMyB durante el período 2009-2024.4
Con los estudios de ciencia básica realizados en este laboratorio se ha generado información muy interesante sobre la regulación de genes, efectos sobre el metabolismo energético, transporte de carbohidratos y del sistema antioxidante para entender el efecto de la hipoxia sobre los camarones; aunque la hipoxia no es el único factor que amenaza a los organismos marinos como el camarón, dado que existen otros como la temperatura, los compuestos contaminantes persistentes en los océanos, etc., a los que ya se enfoca esta unidad de análisis.
Referencias
1 Nikinmaa, M. (2013). What is hypoxia? Acta Physiologica, 209: 1-4.
2 Hofmann, A. F., Peltzer, E. T., Walz, P. M. y Brewer, P. G. (2011). Hypoxia by degrees: establishing definitions for a changing ocean. Deep-Sea Research, 58: 1212-1226
3 Schmidt, H., Malik, A., Bicker, A., Poetzsch, G., Avivi, A., Shams, I. y Hankeln, T. (2017). Hypoxia tolerance, longevity, and cancer-resistance in the mole rat Spalax – a liver transcriptomics approach. Scientific Reports, 7: 14348. DOI:10.1038/s41598-017-13905-z.
4 Información generada en el Laboratorio de Biología Molecular y Bioquímica del Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, A. C., durante el período 2009-2024.
Autoras: Lilia Leyva Carrillo, Laura Camacho Jiménez y Gloria Yepiz Plascencia, investigadoras de la Coordinación de Tecnología de Alimentos de Origen Animal (CTAOA).
Invitamos a estudiantes a realizar tesis de licenciatura y posgrado en estos temas, dentro del laboratorio de Biología Molecular y Bioquímica; contactos: Dra. Gloria Yepiz Plascencia (gyepiz@ciad.mx), Dra. Laura Camacho Jiménez (laura.camacho@ciad.mx), M. C. Lilia Leyva Carrillo (liley@ciad.mx).
