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Sociedad

Tercer Milenio

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Moscas, gusanos y peces. Nuestros 'dobles' de laboratorio

Más allá de ratones o chimpancés, numerosos estudios con otros animales están consiguiendo avances científicos que van desde la investigación de enfermedades como el cáncer a la regeneración cardíaca. Las moscas de la fruta, los gusanos C. elegans y los peces cebra, tan diferentes al ser humano, comparten con nosotros mucho más de lo que imaginas.

Los genomas de un pez cebra y un humano coinciden en un 80%
Los genomas de un pez cebra y un humano coinciden en un 80%
Uri Manor, NICHD

Vivir en un ambiente agradable, a unos 25ºC, y comer una papilla con sabor a fruta pasada. Las moscas de la fruta (Drosophila melanogaster) no piden mucho más. Aunque, a simple vista sean tan distintas a nosotros, lo cierto es que compartimos un 60% de los genes con su cepa salvaje, es decir, la que no ha sido modificada en el laboratorio.

La cifra es más alta si nos centramos en las enfermedades. «Alrededor del 75% de los genes humanos que se sabe que causan enfermedades están conservados en la mosca, lo que significa que realizan la misma función», explica Marta Portela, investigadora del departamento de Neurobiología Molecular, Celular y Desarrollo del Instituto Cajal (CSIC).

En el laboratorio, las moscas se conservan en pequeños tubos. La científica nos enseña su anatomía con un microscopio. Lo que más llama la atención es su pequeño tamaño, de unos tres milímetros de longitud, y que tienen los ojos rojos. Su ciclo de vida –de huevo a adulto– oscila entre los diez y los treinta días, lo que agiliza cualquier investigación.

El equipo del Instituto Cajal está estudiando el glioma, un tumor del cerebro y la médula espinal. «Una de las mutaciones que tienen en común muchos de los gliomas es la sobreexpresión de dos proteínas. Nosotros las sobreexpresamos en la mosca y generamos un glioma para estudiarlo», detalla María Losada, investigadora del mismo departamento.

Las científicas están analizando qué mecanismos utiliza este tumor para seguir creciendo y cómo afecta a las neuronas. Conocerlo ayudará a diseñar estrategias para poder frenarlo. «Es una enfermedad letal. No tiene cura a día de hoy», subraya Portela.

Moscas, gusanos y peces. Nuestros dobles de laboratorio

Comparación de un cerebro de larva de Drosophila normal (izquierda) con uno donde se ha inducido la formación de un glioma. María Losada-Instituto Cajal (CSIC)

Los ‘mosqueros’ de la ciencia

La secuenciación del genoma de este insecto aceleró el trabajo de los miles de científicos que lo utilizan en sus laboratorios. Lo recuerda muy bien Alberto Ferrús, director del departamento, con cuarenta y cinco años de investigaciones a sus espaldas.

«Si hay que señalar un solo descubrimiento que ha trastocado el mundo de la investigación en el último siglo ha sido el darse cuenta de que organismos que morfológicamente son muy diferentes, como una mosca y un humano, en realidad, comparten una proporción de información genética enorme», destaca el veterano ‘mosquero’, como se llama familiarmente a quienes trabajan con este modelo.

Además de ser muy versátiles en el campo neurocientífico, las moscas también se utilizan para estudiar cardiopatías. Rolf Bodmer, investigador en el Instituto Médico Sanford Burnham (EE. UU.), se ha centrado en arritmias y fallos cardíacos. En la mosca de la fruta ha descubierto la red genética que regula la formación del corazón. En su opinión, es un buen modelo para estudiar patologías cardíacas «por su genoma simple y, a la vez, su alta conservación de las vías genéticas y bioquímicas fundamentales de los mamíferos».

Un cuerpo de transparencias

Aunque para los ‘mosqueros’ la mosca de la fruta sea perfecta a la hora de estudiar cualquier problema biológico que se pueda analizar, envidian algo de otro ejemplar: que se pudiera congelar y recuperar. Es una de la ventajas del gusano C. elegans (Caenorhabditis elegans). Con apenas un milímetro de longitud, lo más característico es la total transparencia de su cuerpo, lo que permite a los científicos observar sus células y órganos.

Moscas, gusanos y peces. Nuestros dobles de laboratorio

C. elegans adulto cargado de huevos, algunos depositados en el medio. Manuel J. Muñoz-UPO

A pesar de que su apariencia sea tan diferente a la humana, ambos organismos guardan muchas similitudes. «Existe una alta conservación de las rutas moleculares y celulares entre C. elegans y mamíferos, con una homología de entre un 60% y un 80% con genes humanos», calcula Celestino Santos, catedrático del departamento de Química Analítica, Nutrición y Bromatología de la Universidad de Salamanca.

El nematodo se alimenta de bacterias y necesita un ambiente húmedo para vivir. Se puede criopreservar de forma indefinida a -80ºC, lo que permite a los investigadores no tener que atenderlos cuando no están trabajando con ellos. Eso y su corto ciclo de vida –de unas tres semanas en laboratorio– lo convierten en el candidato perfecto para estudios de envejecimiento.

Por eso lo ha elegido Stuart Kim, referente mundial en este campo. «Es el mejor modelo animal para estudiar el proceso que lleva de la juventud a la vejez», nos cuenta en conversación telefónica desde su laboratorio en el Instituto Bio-X de la Universidad de Stanford (Estados Unidos). Gracias al gusano ha descubierto la existencia de unas proteínas reguladoras que controlan muchas de las diferencias entre organismos jóvenes y ancianos.

Junto al envejecimiento, C. elegans también se emplea para estudiar dolencias. «La facilidad para modelar enfermedades en este organismo y la posibilidad de realizar ensayos masivos de fármacos contribuirán a que este nematodo se mantenga en la cresta de la ola de la investigación durante bastante tiempo», baraja Manuel J. Muñoz, profesor del departamento de Biología Molecular e Ingeniería Bioquímica de la Universidad Pablo de Olavide (Sevilla).

El sueño de la regeneración
El pez cebra (Danio rerio) es un vertebrado rayado muy resistente que abunda en acuarios y laboratorios. Además de tener un esqueleto interno como nosotros, nuestros genomas coinciden en un 80%.

Moscas, gusanos y peces. Nuestros dobles de laboratorio

Desarrollo de una retina de pez cebra. Las fotografías se tomaron a un pez de 1,5 días, cada doce horas, hasta que tuvo 3,5 días. IchaJaroslav (MPI-CBG)

«El desarrollo y la fisiología de peces cebra y humanos es más similar de lo que parece. Que sea un organismo un poco más simple que otros vertebrados facilita el estudio de procesos moleculares que serían más complicados de estudiar en modelos de roedores o primates», compara Daniel Romaus, investigador del departamento de Biología Fundamental de la Universidad Santiago de Compostela y miembro de Neurotransregen.

Como le ocurría a C. elegans, este pez también tiene la peculiaridad de ser transparente, aunque solo en sus fases embrionaria y larvaria. Una de sus grandes cualidades es que son capaces de regenerar sus propios tejidos, incluso tras graves lesiones medulares que lleguen a paralizarlos.

«Tienen una capacidad innata para la regeneración de la médula espinal que ni los seres humanos ni, en general, los mamíferos tenemos. Estudiarlo puede proporcionar claves para la reparación terapéutica de la médula», asegura Kenneth Poss, profesor del departamento de Biología Celular de la Universidad Duke (EE. UU.).

En su laboratorio han descubierto la proteína clave en este proceso. Pero no solo eso. Poss comprobó que su capacidad regenerativa se extendía incluso a los daños sufridos en el corazón y ha desarrollado un sistema para describir cómo se regenera este órgano.

En el Instituto Cajal también están tratando de desarrollar un modelo de regeneración, aunque, en su caso no es del corazón sino del sistema nervioso, y como banco de pruebas utilizan las moscas de la fruta. Diferentes experimentos pero con un objetivo común. «Todos los modelos animales que se utilizan en biomedicina tienen unas características singulares que los hacen necesarios en la generación del conocimiento», resalta Muñoz.

A bordo de la Estación Espacial Internacional
¿Reaccionan las moscas de la fruta en el espacio como los astronautas? Un equipo de científicos de la NASA envió cientos de estos insectos a la Estación Espacial Internacional, dentro de una estructura transparente con cámara de vídeo para monitorizar su comportamiento. Además, con el fin de simular diferentes niveles de gravedad, las metieron en pequeños centrifugadores.

«Hemos observado cambios en la función del sistema inmunitario innato después del vuelo espacial», afirma Sharmila Bhattacharya, investigadora del centro de investigación Ames de la NASA (EE. UU.) y una de las responsables del proyecto. «Muchos de estos cambios son similares a los observados en los seres humanos durante o después del vuelo espacial», añade. Los insectos comenzaron el viaje como huevos y llegaron en forma de larva a la estación, donde crecieron y se reprodujeron.

Animales de Nobel
Muchos de los premios Nobel les deben el galardón a sus diminutos compañeros de laboratorio. Es el caso de Thomas Hunt Morgan, que consiguió el Nobel de Fisiología en 1933 al descubrir en moscas de la fruta que los cromosomas son los portadores de los genes. «El primer laboratorio que se crea de Drosophila es el de Morgan, que empezó a trabajar con ellas en 1910. De ahí salieron dos premios Nobel», indica Losada.

El gusano C. elegans también ha cosechado éxitos, entre ellos, el Nobel de Fisiología en 2002 a Sydney Brenner, por establecer al gusano como modelo para estudios en biomedicina, y a Robert Horvitz y John Sulston, por sus trabajos sobre la muerte celular programada utilizando este animal.

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