¿Qué ocurre cuando nos morimos? Esta es una pregunta que se ha hecho la humanidad desde el principio de los tiempos y que ha atormentado al hombre desde que es hombre.

Los antiguos griegos pensaban que en el momento de la muerte, el alma se separaba del cuerpo y era transportada al inframundo, donde se pagaba al barquero Caronte para que atravesara con su barca el río Estigia y así acceder al reino de Hades. Esta idea de la separación de cuerpo y alma ha sido luego adoptada en mayor o menor medida por la mayoría de religiones, cambiando el destino final del alma. Pero, ¿qué ocurre con el cuerpo? Lo cierto es que la ciencia todavía tiene muchas dudas al respecto.

Por poner un ejemplo, hace tan sólo unos meses se publicaba este artículo en el que se analizaron por primera vez los electroencefalogramas de cuatro pacientes en coma a los que se les iba a desconectar del soporte ventilatorio que los mantenía con vida, para intentar entender qué ocurre en ese pasaje de la vida a la muerte. Parece ser que dos de estos pacientes experimentaron algo parecido a un sueño.

En este artículo os quiero hablar de una serie de descubrimientos de la última década que nos ofrecen una visión un tanto contraintuitiva de qué sucede en nuestras células tras el momento de la muerte; y estos descubrimientos están relacionados con lo que conocemos como expresión génica.

Expresión génica

¿Qué es la expresión génica? Ya sabéis que todas nuestras células tienen el mismo ADN, los mismos genes. También sabéis que estos genes son los que contienen la información para construir las proteínas, tras pasar por un molde intermedio de ARN mensajero. Pero si todas las células de nuestro cuerpo contienen el mismo ADN con la misma información, ¿por qué estas células son tan distintas entre ellas? Pensemos que existen unos 200 tipos de células distintas en nuestro cuerpo.

La respuesta es, en parte, sencilla: porque cada tipo de célula de nuestro cuerpo regula cómo se traduce la información del ADN y, entre otras cosas, fabrica un subconjunto distinto de proteínas y en cantidades también distintas. La expresión génica sería, por lo tanto, cómo cada célula convierte la información de su ADN en una función concreta, función que tradicionalmente se ha considerado la llevada a cabo por proteínas.

Pero ahora sabemos que hay una gran parte del ADN que se transcribe a ARN no para fabricar proteínas, sino que el propio ARN tiene una función reguladora por sí misma: es lo que se conoce como ARN no codificante.

Por eso, hoy en día cuando hablamos de expresión génica nos referimos al ARN que se obtiene (más correctamente, se transcribe) desde el ADN. Así pues, cuando mencione la expresión génica me referiré a la cantidad de ARN que se transcribe en una célula, lo que también se conoce como transcriptoma.

Tánatos es la personificación de la muerte en la mitología griega. Es hijo de Nix, la noche, y hermano gemelo de Hipnos, el sueño. Algunas fuentes también mencionan a Érebo, la oscuridad, como su padre. Como una personificación de la muerte, Tánatos está a las órdenes de Hades y lleva a los muertos al Inframundo una vez se les agota el tiempo que les han concedido las Moiras.

De Tánatos y transcriptoma se forma el término «Tanatotranscriptoma». Este se utilizó por primera vez en 2015 para referirse a la cantidad y tipo de ARN que se transcribe en las células tras la muerte. Desde entonces, aunque no muchos, ya hay unos cuantos artículos que hacen referencia a este término. Y lo cierto es que estos artículos han dado un vuelco a lo que pensábamos que ocurría en nuestras células al morir.

Dejadme que os lo explique con una célula modelo. Esto que veis en la siguiente figura podría ser una célula con 100 genes, en la que cada cuadradito sería un gen distinto. Como ya he comentado, no todos los genes se transcriben en una célula, dependiendo del tipo celular concreto (músculo, neurona, cardíaca, hepática…). En negro tenéis los genes que no se expresan en esta célula, que no fabrican ARN. Cuanto más claro es el color, más ARN se fabrica de ese gen concreto.

Yo no sé qué pensaréis vosotros que ocurre con nuestra maquinaria celular, con la fabricación de ARN a partir de ADN, cuando morimos. Puede que penséis que simplemente se apaga toda la célula al morir, que deja inmediatamente de fabricar ARN.

Pero lo cierto es que nuestras células mantienen una cierta inercia de ARN y siguen teniendo energía para ello, por lo que parece lógico pensar que estos genes se van apagando con las horas y fabricando cada vez menos y menos ARN.

Y los experimentos que se hacían analizando el ARN global efectivamente mostraban este descenso suave. Pero nuevos experimentos analizando con detalle qué ocurre con cada una de estas celdas, de los genes concretos, nos desvelaron una realidad algo distinta. Y es que, al poco tiempo de que nosotros hemos dejado de respirar, de que nuestro corazón deja de latir, algunos genes resucitan y se ponen a trabajar como locos para fabricar ARNs concretos. Voy a referirme a ellos como genes zombis; en la siguiente figura podéis ver cómo van activándose a lo largo del tiempo.

No sé a vosotros pero cuando me enteré de esto me explotó la cabeza: o sea, una vez muertos y durante horas, a veces hasta dos días después de muertos, hay genes que resucitan, salen de su tumba, y empiezan a trabajar y a fabricar ARN, parte del cual se destinará a fabricar proteínas.

Pero, ¿qué genes concretos son los que se activan? ¿Cuál es su función? ¿A qué se dedican?

Estudios en animales

Una primera pista en este sentido la dio un estudio realizado en 2017 por Pozhitkov y Noble con peces cebra y ratones, en el que se analizaron los niveles de ARN celular en distintos tejidos transcurridos diferentes intervalos de tiempo desde la muerte. Para ello se sacrificaba a los animales de forma muy precisa y controlada (para conocer con la mayor exactitud posible la hora de la muerte) y se tomaban muestras de distintos tejidos.

Observaron que, en general y como cabía esperar, la mayoría de genes disminuye su expresión al poco de la muerte, algo coherente con un apagado progresivo de la célula. Pero encontraron algo sorprendente: en torno al 1 % de los genes (unos 500 tanto en pez cebra como en ratón) se activa a las pocas horas de la muerte, empezando a fabricar más ARN; es más, algunos genes se transcriben incluso a las 24 horas y 48 horas de la muerte. De ellos, más o menos la mitad fabrican sus proteínas asociadas, son genes codificantes, mientras que la otra mitad está asociada a secuencias de ARN reguladoras, encargadas de dirigir la orquesta celular. Pero ¿qué genes son los que se activan?

• Una parte son genes responsables de la respuesta al estrés celular, es decir, aquellos que tratan de reaccionar cuando la célula no se encuentra en las condiciones de funcionamiento óptimas. De alguna forma, las células notan que algo pasa e intentan evitarlo. En este grupo, también estarían los genes que se activan en condiciones de hipoxia, es decir, cuando no llega oxígeno a las células. Justamente lo que ocurre en la muerte.
• También se activan genes que desarrollan una respuesta inmune celular; genes que preparan a la célula para ejecutar una respuesta a un ataque de virus o bacterias.
• También se activan genes asociados al suicidio celular, lo que se conoce como apoptosis. Esto ocurre para matar células dañadas en beneficio de todo el organismo. No deja de ser poético que tras la muerte las células se preparen para una especie de suicidio colectivo.
• Los anteriores comportamientos se podían esperar en mayor o menor medida, son una forma de activar mecanismos de protección celular. Pero más curioso aún, en ratones y peces cebra muchos genes que «resucitan» están asociados al desarrollo embrionario; son genes que sólo se activan cuando el embrión se está dividiendo y diferenciando en tejidos celulares, y que apenas se expresan en un tejido maduro. Es curioso pensar que, tras la muerte, estas células se comportan como lo hicieron en los primeros momentos de su gestación.

Pero como he comentado anteriormente, este estudio se realizó en animales, peces cebra y ratones. ¿Qué ocurre en humanos?

Estudios en humanos

En el año 2018 un grupo de investigadores dirigidos por Roderic Guigó del Centro de Regulación Genómica de Cataluña repitió el mismo análisis con muestras de tejidos humanos, usando para ello una gran base de datos pública con ARN de distintos donantes y tejidos conocida como GTEX. En esta base de datos, la extracción del ARN tuvo lugar una vez fallecido el donante y con un protocolo muy preciso en el que se anotaba el tiempo transcurrido entre la muerte y la preservación de la muestra.

 

En general, se encontró que la variación de la expresión de los genes dependía mucho del tipo de tejido. Así, prácticamente no se encontraron cambios de expresión en neuronas cerebrales o en el bazo, pero en células musculares había más de 600 genes que aumentaban o disminuían bruscamente su expresión.

En general, la función de estos genes que se activan tras la muerte varía mucho según el tejido, pero a grandes rasgos, al igual que se vio en peces cebra y ratones, se encontró que había genes que se activaban tras la muerte, en gran medida relacionados con el estrés celular, la reparación del ADN y la respuesta inmune. También, como las células no reciben aporte de oxígeno de los pulmones se activan los circuitos para la respiración anaeróbica. En resumen, se activan las rutas metabólicas que promueven la supervivencia celular y la reparación en daños del ADN.

En la siguiente figura se muestra, a grandes rasgos, qué ocurre en nuestros tejidos desde el momento de nuestra muerte. Se observa que hay un pico de activación de genes entre las 6 y 15 horas tras la muerte. Fijaos como el mayor número de tejidos que activan genes zombis aparece entre las 6 y las 15 horas tras la muerte. Este activación sigue hasta las 24 horas.

Quizás os preguntéis para qué sirve toda esta información. Si os hacéis esa pregunta quizás es porque no incidimos lo suficiente en la importancia de la ciencia básica y del conocimiento per se, y más cuando sirve para conocernos a nosotros mismos. Pero aún así os daré un par de campos en los que esto podría ser de utilidad.

Hora de la muerte

En su artículo de 2018, Guigó y sus colaboradores desarrollaron un programa basado en inteligencia artificial que «aprendió» a calcular la hora de la muerte a partir de los datos de ARN en 4 tejidos (grasa subcutánea, pulmón, tiroides y piel del tobillo expuesta al sol) de 399 personas. Tras obtener este modelo, lo aplicaron a otras 129 personas no incluidas en el entrenamiento inicial y fueron capaces de determinar la hora de la muerte con sólo 10 minutos de error.

Increíble, ¿verdad? Bueno, pues no es oro todo lo que reluce. La verdad es que aplicar esta técnica para determinar la hora de la muerte en casos reales no es tan sencillo. Primero, porque los datos con que construyeron su modelo se obtuvieron de muestras extraídas en condiciones de temperatura y desinfección muy controladas desde la muerte hasta el momento de toma de muestra, y de personas sin ninguna patología previa. En un crimen de la vida real, las condiciones distan mucho de ser tan perfectas.

Y luego está el coste del proceso. Aunque para entrenar su modelo usaron muestras de cuatro tejidos, demostraron que basta con considerar dos de ellos (pulmón y tiroides). Pero aun así se utiliza toda la secuenciación de ARN del tejido lo cual es muy caro si vamos a secuenciar el transcriptoma de dos tejidos de cada muerte violenta. Lo ideal sería reducir el análisis a unos pocos genes y usar algún chip barato que permitiera ese análisis de forma exclusiva, pero a día de hoy no se ha podido reducir el análisis de forma fiable a tan pocos datos.

Así pues, el problema de la determinación de la fecha de la muerte sigue abierto.

Trasplantes

Otra posible aplicación del estudio de la expresión en células humanas de personas fallecidas sería identificar si un órgano es apto para un trasplante. Veréis, los órganos se deterioran rápidamente tras la muerte incluso conservados en frío, por lo que según los protocolos existentes no deben trasplantarse por precaución más allá de un tiempo determinado; por ejemplo, un corazón se debe trasplantar en las primeras 4 horas tras la muerte del portador, un hígado en menos de 10 horas o los riñones hasta en 24 horas. Los órganos que sobrepasan ese tiempo se desechan. Con más estudios sobre este campo, la tanatotranscriptómica, quizás podríamos establecer algún tipo de test de ARN para saber si un órgano es viable para el trasplante más allá del tiempo máximo predeterminado.

Como veis, todavía nos queda mucho para conocer qué nos ocurre durante la muerte y después. Y que conocer cómo se comportan nuestras células después de la muerte podría ayudarnos a mejorar y prolongar un poco nuestra vida.

Código

Si os interesa el código de R que usé para generar las imágenes animadas que mostraban la variación de expresión génica con el tiempo tras la muerte, lo podéis encontrar aquí: https://github.com/GuillePeris/Naukas23.

Vídeo de la charla

Podéis ver la charla que di en Naukas Bilbao 2023 en este enlace.

Referencias bibliográficas

• Pozhitkov Alex E., Neme Rafik, Domazet-Lošo Tomislav, Leroux Brian G., Soni Shivani, Tautz Diethard and Noble Peter A. Tracing the dynamics of gene transcripts after organismal death. Open Biol. 7:160267-160267 (2017). http://doi.org/10.1098/rsob.160267
• Ferreira, P.G., Muñoz-Aguirre, M., Reverter, F. et al. The effects of death and post-mortem cold ischemia on human tissue transcriptomes. Nat Commun 9, 490 (2018). https://doi.org/10.1038/s41467-017-02772-x