El cáncer visto desde la ecología
Brenda Garduño-Sánchez e Ingrid M. Tinoco-Berrios
11 de abril de 2019
“¡Todo es ecología!”, afirmó el doctor en biología Pablo A. Marquet, durante la tercera ponencia del ciclo de Tópicos en Ecología de la Complejidad organizado por el Centro de Ciencias de la Complejidad (C3) de la UNAM el pasado 14 de marzo.
La audiencia, escéptica, no parecía estar muy convencida de la veracidad de semejante afirmación. Sin embargo, al finalizar la ponencia algunos de los asistentes habían descubierto algo nuevo sobre su trabajo. “Soy neurocientífico pero no me había dado cuenta que también soy ecólogo”, dijo el investigador del Instituto de Fisiología Celular, Luis Lemus.
Y es que Marquet, profesor de la Pontificia Universidad Católica de Chile, investigador del Santa Fe Institute y profesor visitante del C3, considera que cualquier sistema biológico puede estudiarse desde la perspectiva ecológica. “La ecología es la ciencia de las interacciones entre entidades vivas, desde células hasta la sociedad humana”, explicó el especialista en ecología teórica en entrevista vía correo electrónico.
Durante la ponencia titulada Complejidad Ecológica III: Redes de interacción desde células a sociedades, Marquet revisó cómo se pueden utilizar los principios ecológicos para abordar una problemática actual: el cáncer.
El cáncer como sistema ecológico
Marquet considera que “para las bacterias [nosotros] somos una biosfera que camina”, es decir, que el humano puede considerarse un ecosistema en sí mismo. En dicha analogía, nuestras células son los seres vivos que habitan el ecosistema y existen interacciones entre ellas, y también con su ambiente.
¿Qué pasa en la ecología del tumor?, preguntó a la audiencia Marquet. “Lo que sabemos es que es muy parecido a lo que pasa en el sistema ecológico de las bacterias”.
El especialista en ecología teórica explicó que la formación de una masa anormal de tejido o tumor (progresión neoplásica) es similar al experimento de Roberto Kolter donde en condiciones de hambruna crónica, algunas bacterias, por ejemplo, Escherichia coli, “pueden mutar y dar origen a una serie de mutantes que compiten y excluyen a las [bacterias que ya eran] residentes”.
En el caso del cáncer, las células tumorales actúan como las bacterias mutantes: compitiendo y excluyendo a las células residentes normales. Posteriormente podrían ser capaces de pasar por una “fase expansiva y mandar inmigrantes a colonizar el resto del ecosistema [humano]”, es decir, provocar una metástasis.
Si bien en el ejemplo de las bacterias que propone Kolter el agente que genera mutaciones es el estrés derivado de la hambruna, en el cáncer el agente mutagénico no necesariamente es el estrés e incluso puede ser una combinación de más de un agente o causa.
Redes bipartitas para entender la metástasis
Durante la conferencia Marquet mencionó que existe una hipótesis clásica “para explicar la interacción entre el tumor primario y el lugar donde se genera la metástasis”. Propuesta por Stephen Paget, la hipótesis explica que las células migrantes del tumor, los propágulos, van a donde puedan prosperar, así como “las semillas van a donde hay un suelo adecuado”, señaló Marquet quien considera que para poder estudiar la metástasis habría que entender las propiedades de las células cancerígenas, las semillas, y el órgano receptor, el suelo adecuado.
“Lo que sabemos es que los distintos órganos tienen distintas probabilidades de sufrir cáncer [...] y de recibir una metástasis”, dijo. Dichas probabilidades pueden depender de varios factores como la tasa de reproducción de las células cancerígenas, la cantidad de propágulos del tumor que se pueden generar, la velocidad a la que se generan nuevas células del órgano receptor y el volumen de sangre que pasa por el órgano receptor.
Aunque se tiene conocimiento de los factores que afectan la probabilidad de los órganos para contraer cáncer no se sabe cómo es la variación de dicha probabilidad. Para Marquet, una aproximación ecológica permitiría estudiarla.
Las interacciones entre los tumores primarios y metástasis pueden ser representadas gráficamente como una red y específicamente como una red bipartita, un modelo ocupado comúnmente en ecología.
Dicho modelo utiliza dos tipos de componentes, cada uno con características propias, así “la red se reduce a dos grandes tipos de componentes: tumores primarios y metástasis”, escribió en un correo electrónico.
Marquet y colaboradores construyeron una red bipartita de interacciones entre los órganos fuente (tumores primarios) y los órganos aceptores (tumores secundarios) utilizando datos reales de pacientes con distintos tipos de cáncer obtenidos de diversas bases de datos de estudios biomédicos.
Posterior a la red generaron una matriz de interacciones, la cual se construye al ordenar de mayor a menor, y acomodar sobre un eje, la incidencia de un componente de la red y en el otro eje, perpendicular al primero, la incidencia del otro componente. Por ejemplo, en una red de interacción entre plantas y polinizadores, en el eje “x” se encuentran los polinizadores, ordenados del polinizador que poliniza más plantas al que menos poliniza, y en el eje “y” las plantas, ordenadas de la planta que tiene más polinizadores a la que menos tiene.
“Siendo ecólogo”, dijo Marquet durante la ponencia, “esperaría observar las mismas propiedades de una red bipartita”, en la red del cáncer. Una de estas propiedades es el patrón de anidamiento en la matriz de interacciones que muestra que “las interacciones [entre ambos componentes] tienden a acumularse en una parte de la matriz”, señaló.
En el estudio, que aún no ha sido publicado, la matriz de las interacciones en el cáncer se generó al ordenar en un eje la incidencia (de mayor a menor) de los órganos que reciben metástasis de otros órganos fuente y en otro eje la incidencia (de mayor a menor) de los órganos fuente que generan metástasis.
Como se esperaba, la matriz mostró un patrón de anidamiento, lo que permitió responder preguntas relacionadas “con qué tan específico o generalista es el tipo de cáncer”, explicó Marquet vía electrónico. Los resultados muestran que existe un gradiente en la capacidad de los órganos por desarrollar metástasis, esto es, “hay órganos muy generalistas en la metástasis y órganos que son muy específicos para generar metástasis”.
También encontraron que existe un gradiente para la susceptibilidad que tiene un órgano por ser invadido por metástasis, esto es, que hay órganos que son muy propensos a ser invadidos y órganos que son poco propensos.
Con esta investigación Marquet y colaboradores mostraron cómo a través de una visión desde el campo de la ecología es posible aportar una nueva forma de aproximarse al estudio de enfermedades como el cáncer y esperan que en un futuro se puedan desarrollar métodos para pronosticar la probabilidad de generación de un tumor primario en un órgano y cuáles serían los órganos más susceptibles de desarrollar metástasis derivadas de éste.
Sin embargo, las nuevas aportaciones que pueda tener la ecología no se limitan al estudio del cáncer. Para el neurocientífico Luis Lemus, quien asistió a la ponencia, bajo la perspectiva expuesta por el Marquet, la ecología podría aplicarse al estudio de otros sistemas biológicos. “Las mismas redes de interacción que se presentaron pueden aplicarse en cualquier otro sistema biológico como lo es el cerebro”, dijo en entrevista al terminar la conferencia.