¿Están vivas las mitocondrias?

Por Isidora Molina

La evolución de la célula empezó, según se estima, hace casi 4 millón de millones de años. Esta proto-célula se conformaba de una estructura cerrada de fosfolípidos y, posiblemente, de RNA como material genético. A pesar de lo primitiva que es esta estructura, esta entidad podría ser clasificada según las definiciones actuales para ser considerada “Una célula viva” 

Posteriormente en la carrera evolutiva ocurrió un proceso de simbiosis entre dos tipos de células primitivas. Una de estas primeras células vivas había evolucionado independientemente de forma que podía producir energía utilizando oxígeno en el proceso, lo que lo volvía más eficiente y por tanto, esta célula producía más energía que las otras que flotaban en la tierra primitiva. Por razones que aún no conocemos ni entendemos, una de las células primigenias engulló a esta bacteria oxidativa y estas dos establecieron una nueva forma de vida, que eventualmente desembocaría en la formación de las células eucariontes, las cuales componen a todos los animales complejos[1].

Esta bacteria engullida es el ancestro de lo que actualmente son las mitocondrias . Este organelo se encuentra presente en todas las células de nuestro cuerpo. Originalmente se consideró que su función era la de producir energía mediante un proceso metabólico llamado fosforilación oxidativa. Sin embargo, nuevos descubrimientos realizados por muchos de investigadores alrededor de todo el mundo han demostrado que la función de este organelo va más allá de eso, participando activamente en la salud celular, en la respuesta inmune innata, en la producción de calor y en la regulación hormonal. Las mitocondrias son consideradas un organelo más dentro de la célula eucarionte, es decir, un compartimiento especializado en una función específica que mantiene la homeostasis celular, pero que por si mismo, no constituye una unidad biológica viva. En este ensayo me propongo reflexionar acerca del lugar de la mitocondria con respecto a la teoría clásica de la vida que se enseña en las ciencias biológica y también frente a la teoría de la autopoiesis propuesta por Varela-Maturana, aportando para esto nuevos antecedentes acerca de las particularidades de las mitocondrias que no existían a la hora que fueron postuladas estas teorías.

No tenemos ninguna duda acerca de que la mitocondria originaria, esta bacteria que nadaba libremente, correspondía a una célula viva que cumple los criterios básicos de vida: organización, metabolismo, homeostasis, crecimiento, reproducción, respuesta y evolución [2] y que por tanto representa una unidad viva según las dos teorías mencionadas. Sin embargo, algo ocurre tanto a un nivel ontológico y epistemológico que plantea que en el momento en que la célula es engullida, pierde esta calidad de “Viva”. Ontológico ya que la mitocondria moderna no es la misma que  la bacteria engullida, puesto que una serie de cambios han ocurrido en este organelo a lo largo de los milenios que nos separan de la ocurrencia del evento endosimbiótico. Y epistemológico ya que, esta entidad pasa de “viva” a una condición indefinida dentro de nuestros marcos conceptuales. Si efectivamente las mitocondrias no están vivas, eso quiere decir que algo ocurre a nivel de los cambios consecutivos que experimentó la bacteria oxidativa que le quitó su propiedad de vida.

El primero de los cambios y el más obvio, es esta perdida de independencia. Las mitocondrias no se pueden mantener por sí solas en el medio ambiente, como si podía su ancestro, y por tanto necesitan de que la otra célula le provea los medios necesarios para su subsistencia, lo que significa que si la mitocondria es extraída desde la célula, esta irremediablemente condenada a la muerte. Sin embargo, el ambiente externo de la mitocondria, su ambiente “natural” corresponde al interior de la célula, como el ambiente externo de los humanos corresponde a la tierra y su atmósfera característica. Si somos arrojados al espacio, moriremos prontamente, puesto que este no es el medio para el cual está adaptado nuestro organismo. Por lo tanto, esta incapacidad de existir independientemente responde a un aspecto que a su vez depende del contexto en el que se evalúa y no a una propiedad intrínseca de la mitocondria.

El segundo de los cambios es acerca del material genético de las mitocondrias, el cual ha variado en dos dimensiones. La primera tiene que ver con las mutaciones propias del DNA mitocondrial, las cuales son identificable y de hecho se utilizan para hacer incluso hacer estudios genealógicos acerca de poblaciones humanas. Sin ir mas lejos, la población chilena presenta una alta prevalencia de mitocondrias amerindias, lo que indica que nuestras ancestros son nativas de américa y no de Europa[3]. Esto significa que la mitocondria responde al criterio de evolución que exige la teoría clásica de la vida. La segunda dimensión de cambios tiene que ver con un proceso altamente complejo, el cual no ha sido dilucidado completamente, en donde la mitocondria le entregó al núcleo genes completos. Es decir, la información genética para hacer la proteína “A” ya no se encuentra en el DNA mitocondrial, de donde procedía originalmente, sino en el DNA genómico. Esto obliga a la mitocondria a ser una “subordinada” -en la visión clásica- del núcleo para controlar procesos tan importantes como la reproducción mitocondrial.  

Ya que la mitocondria necesita la cooperación del núcleo para realizar procesos como reproducción, metabolismo, mantención de la homeostasis, entre otros, es que no se considera un ser vivo según la definición clásica. A pesar de que esto sea cierto, esta visión clásica en donde la mitocondria depende completamente del núcleo ha demostrado no ser jerárquica, como se proponía en un inicio, sino un proceso de comunicación horizontal[4]. Las mitocondrias pueden liberar hacia el citosol distintas moléculas que le comunican al núcleo su estado y luego el núcleo de forma reactiva sintetiza las proteínas necesarias para la mitocondria. Esto refuerza aún más el concepto de simbiosis que fue utilizado primeramente para explicar esta relación entre estos dos entes.  

La comunicación núcleo mitocondria se entiende como una relación que tiene con fin último  la salud de la célula en donde ocurre. Sin embargo, evidencia reciente muestra que las mitocondrias no dependen tan solo de los comandos de la célula, sino que también presentan algún grado de independencia en donde existe comunicación mitocondria-mitocondria que no involucra a ningún otro organelo celular y que por tanto responde a una actividad que busca el bienestar de estos organelos y no de la célula [5]. Es decir, las mitocondrias buscan de manera activa su propio bienestar, que si bien claramente esta definido por su entorno (la célula), no se encuentra regulado por el núcleo. Esto no ocurre, que se sepa, en ningún otro organelo y por tanto refuerza la idea de que las mitocondrias tienen un grado de agencia que no tienen parangón en la maquinaria de la vida.  Sin embargo, estas características únicas no son consideradas en ninguna de las teorías a evaluar y por tanto no prueban que las mitocondrias estén vivas, sino que la reducirían a un evento peculiar y extraño dentro de los límites de la biología.

Figura 1. Nano túneles mitocondriales. Estas estructuras comunican dos mitocondrias y permiten el intercambio de material genético y de proteínas. Modificado de Vincent y colaboradores [6]

No obstante es necesario recordar que la definición clásica de vida presenta excepciones que han sido ampliamente asumidas, pero no incorporadas. Las mulas son organismos que no pueden reproducirse y que por tanto no pueden evolucionar, pero nadie duda de que estén vivos y esto es principalmente porque se asemejan muchísimo a otros tipos de organismos que si cumplen los otros criterios, como los burros o los caballos. Pero esto, necesariamente, quiere decir que de una forma u otra estos siete pilares de la vida presentan excepciones y que no son infalibles y que por tanto existe un “umbral de vida”, en donde un organismo que cumple una determinada cantidad de criterios ya se considera vivo. En ese sentido, la mula responde a organización, metabolismo, homeostasis y crecimiento, de la misma manera que la mitocondria responde a algunos de los parámetros expuestos en la teoría como organización, homeostasis y crecimiento. Es más, la mitocondria, a diferencia de la mula, también responde al parámetro de evolución, como fue explicado anteriormente. Esto plantea la existencia de una caja negra en la teoría clásica de la vida, de la cual no nos hemos hecho cargo epistémicamente. Es posible que dentro de esta caja negra exista un lugar para la mitocondria que cumple ciertos criterios, pero que tambalea en los otros y que además presenta características únicas que no fueron tomadas en consideración a la hora de establecer la teoría.

La siguiente definición de vida viene del trabajo de Maturana y Varela. En el fenómeno de la vida Varela propone que la vida mínima debe cumplir tres condiciones, tener un borde semipermeable, una red de reacciones y que estos son procesos deben ser interdependientes entre ellos. Eso quiere decir que necesariamente una vida mínima debe cumplir con los tres criterios. Dado a que gran parte del metabolismo de la célula ocurre en la mitocondria, más la mitocondria no presenta un metabolismo por si misma, es que no cumple con el segundo criterio, por tanto no puede definirse como una unidad autopoietica, lo cual es algo que incluso Varela apunta explícitamente en su trabajo.

Si bien es cierto que el metabolismo depende profundamente de la actividad del núcleo, como ya vimos anteriormente existe un sistema de comunicación mitocondria-núcleo, en donde podríamos hablar de una conversación horizontal y no jerárquica. Esto quiere decir que existe una comunicación retrograda y anterógrada entre el núcleo y la mitocondria, en donde esta última es capaz de responder dinámicamente a las necesidades de la célula. Por otro lado, en el DNA que aun se mantiene dentro de la mitocondria se encuentran los genes para conformar una de las mas importantes maquinarias metabólicas, la fosforilación oxidativa y la pérdida de esta información tiene consecuencias irreparables no solo en la homeostasis celular, sino también en la salud del organismo mayor. Existen enfermedades mitocondriales en donde lo que está afectado es el DNA mitocondrial lo que provoca que estos individuos tengan problemas de por vida[7]. Sin embargo, esta razón se puede contraargumentar fácilmente diciendo que  defectos en otros organelos también producen enfermedades que no pueden ser reparadas. No obstante, estos defectos ocurren porque la información del genoma nuclear se encuentra afectada de alguna manera, lo que impacta en la salud del organelo. No es como el caso de la mitocondria en donde ella misma es la que está “enferma”.

A mi parecer, y tal vez corriendo el riesgo de escapar a los limites de mi propia pregunta,  Varela cae en el mismo problema que nos encontramos en la definición clásica de vida biológica: se empecina en determinar aquello mínimo que tiene que estar presente si o si en cualquier ser vivo . Estos criterios se ajustan muy bien a cualquier vida que conocemos y que podamos imaginar y por tanto, todo aquellos que no podamos imaginar o percibir, en términos fenomenológicos, es eliminado de la ecuación, independiente de su valor ontológico. En estos momentos en donde la inteligencia artificial, algo que tal vez no fue considerado por Varela y Maturana debido al contexto histórico, nos obligan a plantearnos si estos criterios son los suficientes para definir una vida. Esto se explora de manera muy didáctica en un capítulo de la serie Viaje a las estrellas: nueva generación, en donde el capitán Picard y su tripulación se encuentra con un tipo de vida que es tan solo energía, pero que no poseía cuerpo propio y que por tanto no se encontraba delimitado ni contaba con un metabolismo propio. La gran pregunta de ese capítulo era si los criterios definidos por la sociedad acerca de que era vida podían ser aplicados en esta entidad que manifestaba clara conciencia de si misma y un sentido de lucha por su existencia. En este sentido, y como una forma de resolver este conflicto me remito a la definición de autopoiesis, que la vida se construya a sí misma y ahí verá si cumple estos tres criterios.

Por tanto, tenemos razones para coincidir que según la aplicación estricta de las dos teorías las mitocondrias no están vivas. Sin embargo, también podemos coincidir en que esta aplicación estricta deja de lado otros tipos de vida y que por tanto existe una caja negra en ambas teorías. La siguiente pregunta que debemos plantearnos es si acaso la mitocondria puede caer en esa caja negra. Las diversas razones anteriores podrían decirnos que sí, que tal vez la mitocondria responde a un tipo de vida que no fue considerada anteriormente y que por tanto fue extraída de la ecuación sin mayor consideración. Insisto que estos antecedentes no existían en los tiempos en que se plantearon esta teoría y que por lo tanto es comprensible entender que no fueron considerados, pero esto solo muestra que es necesario revisar de manera continua en el tiempo nuestras definiciones de vida. Si bien la mitocondria no puede subsistir por si misma en el medio externo, si tiene una capacidad de respuesta que no observamos en otros objetos inertes como las rocas o el agua, los cuales se encuentran completamente subyugados a los procesos externos a ellos; o bien otros artefactos biológicos como otros organelos, los cuales no tienen capacidad de respuesta independiente, que no pueden comunicarse entre ellos y que no pueden demandar una participación del núcleo para resolver sus problemas.

Esten vivas o no, dependiendo de cualquier marco teórico que se emplee para responder esta pregunta, podemos coincidir en que la mitocondria no es un artefacto de la biología, una maquinaria generada desde cero para cumplir una función en particular como lo son los otros organelos celulares, sino un ente biológico que tiene una participación activa en el porvenir de la célula y del organismo. Esta relación simbiótica que se suele hablar desde una perspectiva pasada, es en verdad, a mi parecer, un proceso constante y presente en la vida y que tal vez se merece al menos un anexo en los marcos teóricos futuros.


[1] G. F. Mann, ‘Mitochondrial Evolution’, Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 4.9 (2002) <https://doi.org/10.1101/cshperspect.a011403>.

[2] Khan Academy, ‘¿Qué Es La Vida?’, La Biología y El Método Científico <https://es.khanacademy.org/science/high-school-biology/hs-biology-foundations/hs-biology-and-the-scientific-method/a/what-is-life>.

[3] Paola Rocco P and others, ‘Composición Genética de La Población Chilena . Distribución de Polimorfismos de DNA Mitocondrial En Grupos Originarios y En La Población Mixta de Santiago Genetic Composition of the Chilean Population . Analysis of Mitochondrial DNA Polymorphisms’, 2002, 2002.

[4] Michal Eisenberg-Bord and Maya Schuldiner, ‘Ground Control to Major TOM: Mitochondria–Nucleus Communication’, FEBS Journal, 284.2 (2017), 196–210 <https://doi.org/10.1111/febs.13778>.

[5] Manuela Lavorato, Federico Formenti, and Clara Franzini-Armstrong, ‘The Structural Basis for Intermitochondrial Communications Is Fundamentally Different in Cardiac and Skeletal Muscle’, Experimental Physiology, 105.4 (2020), 606–12 <https://doi.org/10.1113/EP087503>.

[6] Amy E. Vincent and others, ‘Mitochondrial Nanotunnels’, Trends in Cell Biology, 27.11 (2017), 787–99 <https://doi.org/10.1016/j.tcb.2017.08.009>.

[7] Robert W. Taylor and Doug M. Turnbull, ‘Mitochondrial DNA Mutations in Human Disease’, Nature Reviews Genetics, 6.5 (2005), 389–402 <https://doi.org/10.1038/nrg1606>.



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