Imagen fluorescente que muestra la expresión génica para dos genes de polaridad de segmento necesarios a las 60 hpf (horas posteriores a la fecundación) ya las 72 hpf
Imagen fluorescente que muestra la expresión génica para dos genes de polaridad de segmento necesarios a las 60 hpf (horas posteriores a la fecundación) ya las 72 hpf. Crédito: Instituto Stowers para la Investigación Médica.

Al carecer de huesos, cerebro e incluso un intestino completo, los diseños corporales de animales simples como las anémonas de mar parecen tener poco en común con los humanos y sus parientes vertebrados. Sin embargo, una nueva investigación del doctor en medicina Matt Gibson, del Instituto Stowers para la Investigación Médica, muestra que las apariencias pueden ser engañosas y que un conjunto de herramientas genéticas comunes se puede implementar de diferentes maneras para impulsar el desarrollo embriológico para producir planos de cuerpos adultos muy diferentes.

Está bien establecido que las anémonas de mar, los corales y sus parientes las medusas compartieron un ancestro común con los humanos que surcaron los antiguos océanos de la Tierra hace más de 600 millones de años. Un nuevo estudio del Laboratorio Gibson, publicado en Current Biology, ilumina la base genética para el desarrollo del plan corporal en la anémona marina estrella, Nematostella vectensis. Este nuevo conocimiento pinta una imagen vívida de cómo algunos de los primeros animales en la tierra progresaron de huevo a embrión a adulto.

«La importancia es que las instrucciones genéticas que subyacen a la construcción de planes corporales animales extremadamente diferentes, por ejemplo, una anémona de mar y un ser humano, son increíblemente similares«

«Estudiar la genética del desarrollo de Nematostella es como llevar una máquina del tiempo al pasado muy distante«, comenta Gibson. «Nuestro trabajo nos permite preguntarnos cómo era la vida hace mucho tiempo, cientos de millones de años antes de los dinosaurios. ¿Cómo se desarrollaron los animales antiguos desde el huevo hasta el adulto, y en qué medida han perdurado los mecanismos genéticos que guían el desarrollo embrionario a lo largo de milenios?»

Atlas de expresión 3D de anémona de mar en desarrollo
Atlas de expresión 3D de anémona de mar en desarrollo. Los datos de secuenciación de ARN de una sola célula de células de anémona de mar de 72 horas de antigüedad se proyectan en un espacio virtual 3D. Crédito: Instituto Stowers para la Investigación Médica.

La mayoría de los animales contemporáneos, desde los insectos hasta los vertebrados, se desarrollan formando una serie de segmentos de cabeza a cola que asumen distintas identidades según su posición. Dentro de un segmento dado, hay otro eje de polaridad que informa a las células si están en la parte delantera o trasera del segmento. Colectivamente, esto se conoce como polarización de segmento.

Una similar lógica genética

El doctor en medicina Shuonan He, exinvestigador predoctoral del Gibson Lab, descubrió genes involucrados durante el desarrollo de la anémona de mar, Nematostella vectensis, que guían la formación de segmentos y otros que dirigen programas de polaridad de segmento sorprendentemente similares a los organismos que se encuentran más arriba en el árbol evolutivo de la vida, incluidos los humanos.

«La importancia es que las instrucciones genéticas que subyacen a la construcción de planes corporales animales extremadamente diferentes, por ejemplo, una anémona de mar y un ser humano, son increíblemente similares«, afirma Gibson. «La lógica genética es en gran medida la misma«.

Genes Hox

Este nuevo estudio se basa en otro estudio de 2018 publicado en Science del Gibson Lab, que mostró que las anémonas de mar tienen una simetría bilateral interna al principio del desarrollo con ocho segmentos radiales. El estudio demostró que los genes Hox, genes maestros del desarrollo que son cruciales para el desarrollo humano, actúan para delinear los límites entre los segmentos y probablemente tuvieron un papel antiguo en la construcción de segmentos.

El último hallazgo del equipo explora cómo se forman los segmentos y qué explica las diferencias en sus identidades. Usando transcriptómica espacial, o las diferencias en la expresión génica entre segmentos, el equipo descubrió cientos de nuevos genes específicos de segmento. Estos incluyen dos genes cruciales que codifican factores de transcripción que gobiernan la polarización del segmento bajo el control de los genes Hox y son necesarios para la colocación adecuada de los músculos de las anémonas de mar.

Vista oral de la anémona de mar, Nematostella vectensis, en la etapa embrionaria (izquierda) en comparación con un pólipo juvenil visto de lado (derecha)
Vista oral de la anémona de mar, Nematostella vectensis, en la etapa embrionaria (izquierda) en comparación con un pólipo juvenil visto de lado (derecha). Los segmentos del embrión (S2-S8) se desarrollan en los tentáculos del pólipo (T2-T8). Crédito: Instituto Stowers para la Investigación Médica.

Ensamblaje de piezas de Lego

La asombrosa diversidad de organismos en la Tierra se puede comparar con el ensamblaje de piezas de Lego. «Ya sea que construyas un dinosaurio, una anémona de mar o un humano, muchos de los componentes básicos genéticos son en gran medida los mismos a pesar de las formas animales drásticamente diferentes«, indica Gibson.

Esta es la primera vez que los científicos tienen evidencia de una base molecular para la polarización de segmentos en un animal prebilateriano. Si bien se estudió ampliamente en especies bilaterales como moscas de la fruta y humanos, la idea de que los animales cnidarios poseen segmentación fue inesperada. Ahora, el equipo tiene evidencia de que estos segmentos también están polarizados.

«Esto proporciona más evidencia de que investigar una amplia diversidad de animales puede tener implicaciones directas para comprender los principios generales, incluidos los que se aplican a la biología humana«, concluye Gibson. «Yendo un paso más allá, al comprender la lógica del desarrollo de las anémonas de mar y compararlo con lo que vemos en los vertebrados, también podemos extrapolar en el tiempo para comprender cómo los animales probablemente se desarrollaron hace cientos de millones de años«.

Fuente: Current Biology.

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Cofundador de Fantasymundo, director de las secciones de Libros y Ciencia. Lector incansable de ficción y ensayo, escribo con afán divulgador sobre temáticas relacionadas con el entretenimiento y la cultura cercanas a mis intereses.

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