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La maravilla del desarrollo embrionario
( Publicado en Revista Creces, Junio 1998 )
Un pequeño pez, cuyos huevos son absolutamente transparentes, está
permitiendo observar en forma directa, el complejo fenómeno del desarrollo
embrionario. Se sabe que éste está regido por miles de genes, que los
investigadores están tratando de individualizar. Se espera que a futuro, ello
permita conocer la causa de muchas enfermedades de los seres humanos.
Resulta sorprendente cómo a partir de un óvulo fecundado comienzan las células a
dividirse y más tarde a diferenciarse para formar en definitiva los diferentes órganos y
tejidos de un ser vivo completo. Poderlo ver, resulta aún más fascinante. Ello es posible
con el embrión de un pequeño pez, que vive en las aguas del río Ganges, llamado pez
cebra (Danio rerio) , cuyo huevo es transparente. Con la ayuda de un microscopio
confocal, se puede observar este embrión desde las primeras etapas, hasta llegar a su
diferenciación total, con la formación de todos sus órganos y tejidos.
Ya se sabe que este complejo proceso está regido por diferentes genes o grupos de genes
que van actuando coordinadamente y en diferentes tiempos, hasta llegar a constituir la
diferenciación total del animal, con su hígado, su corazón, su cerebro, sus patas, su
cabeza, sus ojos, sus orejas, etc. En un animal vertebrado existen entre 50.000 y 100.000
genes diferentes que rigen todos los procesos vitales. Pero se estima, que son algunos de
ellos (varios miles), los que participan en este proceso de desarrollo del embrión. Su
individualización es un terna que preocupa a varios equipos de investigadores.
Hasta hace poco, para profundizar en sus investigaciones, ellos utilizaban las larvas de las
moscas, los nematodes (lombrices) o las ratas. El problema que tenían y siguen teniendo,
es que las moscas y los gusanos tienen poca semejanza con los animales vertebrados. La
rata si es un vertebrado, pero en ella todo este proceso de desarrollo embrionario no es
accesible, ya que se realiza oculto dentro del útero.
Ahora los biólogos que estudian el desarrollo, tienen una nueva opción: "El pez cebra". Su
desarrollo embrionario es semejante al de los humanos, con la ventaja que se realiza
dentro de un huevo, que es "absolutamente transparente". Su embrión es pequeñito, pero
puede observarse muy bien con ayuda de un microscopio esteroscópico (New Scientist,
Septiembre 06, 1997).
De lo anormal se conoce lo normal
Lo que les interesa a los investigadores, es llegar a ubicar cuales son los genes que actúan
en el proceso de desarrollo embrionario, cómo estos entran en acción y por último llegar a
saber en que parte del genoma están ubicados. Lo que ellos puedan llegar a conocer, es
en gran medida proyectable al desarrollo embrionario de los mamíferos y también del
hombre. Muchos de los genes que regulan el proceso de formación el embrión del pez,
tienen su contraparte también en el desarrollo embrionario del ser humano, ya que a
través de la evolución estos se han mantenido en todas las especies, sin grandes cambios.
La idea de utilizar al pez cebra fue de Cristiane Nusslein-Volhard del lnstituto Max Planck
de Alemania. De allí se ha desarrollado lo que él llama "el proyecto pez cebra". El objetivo
es encontrar en este pez los genes responsables de los distintos procesos del desarrollo
embrionario. Para ello inducen mutaciones artificiales, y luego observan que alteraciones
físicas se van produciendo más tarde en el desarrollo del embrión. Es decir, a través de la
alteración de un proceso, pretenden conocer cual es la normalidad del mismo.
Este investigador trabajaba anteriormente en el mismo tema, pero con la mosca de la
fruta y por sus descubrimientos en este modelo compartió el premio Nobel en el año 1995.
Sin embargo, se cambió al pez cebra, ya que estimó que la mosca no le entregaba todo lo
que él quería conocer, por ser esta demasiado diferente a los humanos. "Puede que el plan
básico del desarrollo de su cuerpo sea semejante, pero es un invertebrado. Los
vertebrados tienen un esqueleto externo, que da cabida a lo diferentes órganos como el
nuestro. Pero en la mosca esto es muy diferente. Su corazón es sólo un tubo con una sola
válvula, y las moscas no tienen pulmones ni hígado", dice Nusslein-Volhard. Sin duda, que
el desarrollo del vertebrado es mucho más complejo que el de la mosca e involucra a
muchos más genes, por lo que explica su cambio de la mosca al pez.
En Diciembre de 1996, para el desarrollo del programa, se organizaron dos equipos que
actuaban coordinadamente: uno dirigido por Nusslein-Volhard y el otro por Wolfgang
Driever, en ese entonces en el Massachusetts General Hospital en Boston (recientemente
este último se trasladó también al Max Planck, de modo que los dos equipos se
transformaron en uno). En el desarrollo de su trabajo ya han producido en estos peces,
casi dos mil mutaciones diferentes. Han observado como algunos de estos genes mutantes
resultan en peces que tienen manchas en lugar de rayas en su piel. Otros nadan en circulo
y tienen quijadas defectuosas. Otros en fin, como consecuencia de la mutación nunca
llegan a la etapa adulta.
¿Cómo se realiza la investigación?
La técnica comienza sometiendo a espermios de peces a la acción de una substancia
mutagénica (etilnitrosourea), que al azar daña el DNA del espermio en distintas
ubicaciones. Más tarde este espermio dañado se usa para fertilizar los huevos. Enseguida,
los investigadores comienzan a examinar cada uno de los millones de descendientes,
buscando anormalidades físicas que deben ocurrir entre la fertilización y el quinto día de
vida.
Como todo el proceso que dirige el DNA, el gene dañado debe codificar una proteína. Es la
alteración de esta proteína, que no llega a desempeñar su función normal, la que en
definitiva produce la alteración física de alguna etapa del desarrollo. Así resultan peces
que nadan en una forma rara, que tienen mandíbulas defectuosas, o que no llegan a
formar sangre. De este modo, y pacientemente, han llegado a comprobar casi dos mil
cambios físicos. El catálogo de ellos ha sido publicado en la revista "Development", en
Diciembre de 1977.
Esto es sólo el inicio, ya que el objetivo de etapas posteriores es el llegar a identificar cual
es el gen mutante que produjo la alteración física. Para ello separan los peces afectados, y
luego de muertos los meten en una juguera para moler sus tejidos. Más adelante agregan
algunas enzimas digestivas para separar las células, para finalmente romperlas con un
detergente que rompe sus membranas y permite la salida del DNA.
De aquí en adelante comienza la parte complicada, que consiste en ubicar dentro de todo
el DNA, en que lugar existe un gen que esté alterado. El DNA del pez cebra esta contenido
en 25 cromosomas diferentes. Para realizar esta tarea con eficiencia, se necesita un mapa
del genoma del pez cebra, donde ya han sido identificados algunos genes marcadores que
permiten orientarse.
Una vez que el gen se ha localizado, hay que descifrar la secuencia de sus bases (lo que
se hace automáticamente en una máquina secuenciadora de bases). En esta forma se
puede saber qué proteína de otros animales ya está en la base de datos. Así por ejemplo,
si un gen dañado produce un pez cebra con un defecto cardiaco y resulta que este gen es
semejante a otro humano cuya función no se conoce, lo probable es que ese gen humano
también tenga participación en la formación del corazón humano. En esta forma se espera
que el estudio del pez cebra vaya entregando información de los genes que en el ser
humano son responsables del desarrollo embrionario. Claro que todo ello significa un
tedioso y largo trabajo, que va a demorar varios años, pero sin duda va a dar mucha luz
necesaria para explicarse el por qué y cómo de muchas enfermedades de los seres
humanos. Cómo alguien dijo, "la investigación científica es un 10% de imaginación y un
90% paciencia y esfuerzo".
Artículo extraído de CRECES EDUCACIÓN - www.creces.cl