Canales de agua

En el laboratorio dirigido por Gabriela Amodeo, se estudia el modo en el que el agua es transportada dentro de la célula. Proteínas llamadas acuaporinas, favorecen el transporte de agua y otras sustancias través de la membrana plasmática. Conocer cuál es el papel que juegan las acuaporinas en el transporte de agua en plantas es el objetivo de este grupo.

14 Ago 2012 POR Patricia Olivella

Durante su evolución, las plantas se perfeccionaron en el buen manejo de uno de los recursos más esenciales para la vida, el agua. Este desafío impuesto por la naturaleza hizo que los vegetales desarrollaran distintas estrategias que abarcaron desde sencillos cambios anatómicos hasta complejos ajustes en las etapas de su desarrollo.

Al Grupo de Investigación en Fisiología Vegetal y Acuaporinas vegetales que dirige la bióloga Gabriela Amodeo le interesa estudiar el papel que juega la vía celular en el transporte de agua y en particular los canales específicos para el transporte de agua conocidos como acuaporinas. “Cuando el agua ingresa a la vía celular debe atravesar la membrana plasmática. Históricamente se pensó que la permeabilidad al agua de la bicapa lipídica de la membrana era más que suficiente. Sin embargo, en ciertos tejidos, existían evidencias experimentales que únicamente podían ser explicadas con la presencia de una vía alternativa, esto es, poros o canales proteicos que facilitaran el pasaje de agua”, explica Amodeo.

Fue necesario que transcurrieran cuarenta años desde que se plantearon estas hipótesis para que se identificara, en 1993, una proteína aislada en glóbulos rojos (originalmente llamada CHIP28) que demostrara experimentalmente que favorece el transporte de agua a través de la membrana. Más adelante, estas proteínas recibieron el nombre de acuaporinas (AQP), y se las ubicó dentro de una familia denominada proteínas intrínsecas de membrana (MIP). A partir de ese momento las acuaporinas fueron encontradas en distintos organismos: mamíferos, insectos, plantas, levaduras y bacterias, y asociadas a diferentes procesos fisiológicos o patológicos. “Algunas de ellas se expresan constitutivamente en tejidos especiales mientras que otras son inducidas por alguna necesidad fisiológica. Por ejemplo, en plantas se han detectado niveles de expresión muy altos en procesos de elongación celular, en células estomáticas, vasos de las raíces, tallos y hojas”, agrega la investigadora. Pero además del transporte de agua, hay ciertas acuaporinas que permiten el transporte de solutos como boro, glicerol o urea, incluso en mayor medida de lo que permiten el transporte de agua.

“Nuestra pregunta científica apunta a conocer cuál es el papel que juegan las acuaporinas en el transporte de agua en plantas. Si en condiciones desfavorables para el crecimiento de una planta los canales de agua muestran un cambio en el perfil de expresión o en su regulación, esto apoyaría la hipótesis de que su presencia permite controlar el pasaje de agua por la vía célula a célula”, sostiene Amodeo. “En los últimos años han surgido evidencias de cómo es posible esto. Entre los mecanismos más relevantes se encuentran aquellos asociados con la regulación en la expresión del canal, los que afectan la cantidad de acuaporinas en la membrana o los que directamente afectan la inactivación o activación del canal como resultado de una respuesta a una situación de estrés”, agrega.

El grupo de investigación que encabeza Amodeo se formó contemporáneamente con la aparición de las primeras evidencias acerca de la existencia de acuaporinas en plantas; por lo que aún no eran conocidos sus mecanismos de regulación. Por esta razón, su proyecto inicial consistía en caracterizar en forma comparativa el transporte de agua en membranas celulares para dilucidar los posibles mecanismos regulatorios del funcionamiento de los canales de agua, sobre todo para detectar señales inducidas por estrés abiótico, en particular cambios de pH y calcio intracelular.

Para realizar su trabajo, los investigadores utilizan diversas técnicas que fueron desarrolladas no sin cierta dificultad. “La molécula de agua que atraviesa la acuaporina no tiene carga, lo que hace imposible medir una corriente eléctrica. Las membranas nativas en las cuales se encuentran las acuaporinas, además, tienen en general una permeabilidad al agua que no es despreciable”, explica Amodeo. Por eso, para medir la permeabilidad al agua de una membrana, los investigadores utilizan dispersión luminosa (light scattering) del cambio de volumen, la fluorescencia o la medición directa por videomicroscopía de las variaciones del volumen celular en función del tiempo.

“Dentro de las estrategias propuestas para el mejoramiento vegetal se hace imprescindible estudiar la fisiología del agua en la planta y, más aún, identificar los mecanismos de regulación que se desencadenan cuando su suministro es limitado, por ejemplo, en condiciones de estrés biótico o abiótico”, sostiene la investigadora. “Ahora, en el auge de la nanotecnología, se plantean también aplicaciones tecnológicas rescatando su papel de poros específicos para el agua en diseños biotecnológicos para filtración selectiva”, agrega. El estudio de las acuaporinas permite, por lo tanto, un nuevo marco de exploración que abarca desde la biofísica hasta la biología de sistemas y que puede aportar una mirada nueva a viejos interrogantes de la fisiología.