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C. elegans, la criatura transparente que ha revelado cosas sorprendentes sobre cómo nuestros cuerpos funcionan... y fallan

Serie "Witness History" - BBC World Service | Domingo 16 mayo, 2021


Dibujo de C. elegans
Science Photo Library
Desde el descubrimiento de la estructura del ADN, ha estado en el centro de todo tipo de descubrimientos extraordinarios sobre cómo funcionan y fallan nuestros cuerpos.

¿Has oído hablar de Caenorhabditis elegans? Es un ser excepcional, superestrella en los laboratorios, que ha sido indispensable para una miriada de descubrimientos y ha contribuido al éxito de 6 premios Nobel.

Su nombre es una mezcla de griego -caeno, que significa nuevo, reciente, y rhabditis, como un bastón- y latín -elegans que quiere decir elegante-, pero para abreviar se le llama C. elegans.

En su ambiente natural, este gusano diminuto vive en el espacio entre los granos de tierra, y fue en la tierra de Algeria donde la encontró el zoólogo francés Émile Maupas, el primero en aislarlo, describirlo y escogerlo como su especie de referencia, en 1900.

Varios científicos siguieron sus pasos, particularmente el biólogo francés Victor Nigon y su homóloga estadounidense Ellsworth Dougherty.

Pero fue gracias a la búsqueda del biólogo sudafricano Sydney Brenner de un nuevo modelo animal que pudiera ayudarlo a explorar los misterios del desarrollo y el comportamiento humanos que saltó a la fama en 1963.

"Necesitábamos un organismo con el que pudiera estudiar genética adecuadamente", recordó Brenner.

"Como había que ver dónde terminaba una célula y comenzaba otra, tenía que ser con el microscopio electrónico, así que necesitaba un organismo pequeño que cupiera en la ventana de esos microscopios. Finalmente me decidí por estos pequeños gusanos nematodos, C. elegans, y comencé a trabajar con ellos".

"Sydney Brenner es un dios en la comunidad de gusanos por haber elegido este organismo modelo", señala Gordon Lithgow, vicepresidente del Instituto Buck de Investigación sobre el Envejecimiento en Novato, California.

"Lo que realmente hizo fue tomar una decisión muy acertada que permite estudiar biología realmente compleja en un sistema simple. Y esa fue la verdadera genialidad. Se trata de una biología básica, sin duda, pero es sorprendente cómo esa biología básica ahora se ha traducido a los humanos y a la comprensión de la enfermedad".

Las apariencias no engañan...

...en este caso: de hecho, la apariencia del C. elegans es uno de sus muchos atractivos para convertirse en top model.

C. elegans atrapado dentro de una micrografía de luz fluorescente de laboratorio en un chip, una tecnología creada en MIT para clasificar, cribar y manipularlos a alta velocidad y gran volumen.
Science Photo Library
Los C. elegans producen más de 1.000 huevos al día, se pueden cultivar en grandes cantidades y los cultivos sanos se pueden congelar y luego descongelar y revivir cuando sea necesario.

"La gran ventaja es el hecho de que es transparente. ¡Puedes ver a través de su piel!", exclama Lithgow. "De hecho, puedes ver las células y los procesos biológicos sucediendo, con solo mirar por un microscopio".

"Además, es pequeño. Tiene un tamaño de menos de un milímetro, por lo que puedes cultivar cientos de miles de estos gusanos en el laboratorio, y eso es muy importante si estás buscando un gen raro o algo así".

"El genio de Sydney Brenner fue darse cuenta de que, si bien nosotros tenemos muchos cientos de miles de millones de células en nuestro cerebro, el gusano tiene solo 302 neuronas, y las puedes observar a través de su piel transparente y estudiarlas".

C. elegans
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¿Por qué es tan ideal?

  • El gusano nematodo C. elegans es mucho más simple que los humanos -no tiene, por ejemplo, huesos, corazón o sistema circulatorio-, pero comparte muchos genes y vías moleculares con nosotros.
  • Además, muchas de las señales moleculares que controlan su desarrollo también se encuentran en organismos más complejos, como los humanos.
  • Muchos de los genes del genoma de C. elegans tienen equivalentes funcionales en humanos, lo que lo convierte en un modelo extremadamente útil para explorar enfermedades humanas.
  • Las formas de C. elegans en las que se alteran genes específicos se pueden producir muy fácilmente para estudiar de cerca la función de los genes.
  • Estos mutantes proporcionan modelos para muchas enfermedades humanas, incluidos trastornos neurológicos, cardiopatía congénita y enfermedad renal.
  • Se pueden cribar con miles de fármacos potenciales para enfermedades importantes.
C. elegans
BBC

"El gusano es espectacular como organismo modelo por varias razones", le dijo a la BBC Bob Waterston, profesor de ciencias del genoma en la Universidad de Washington en Seattle, EE.UU.

"Tiene menos de 1.000 células en la edad adulta, y sabemos qué son todas estas células y qué hacen. Y es pequeño, por lo que puede obtener una gran cantidad de ellos, y eso es importante para la genética, pues permite observar muchos eventos raros. ¡Es difícil hacer la genética de un rinoceronte, como solía decir Sydney!", añade Waterson, quien se incorporó al laboratorio de Sydney Brenner en Cambridge, Reino Unido, a principios de la década de 1980 y es más conocido por su trabajo en el Proyecto Genoma Humano.

Pero en preparación para esa gigantesca tarea, formó parte del pequeño equipo que trazó el mapa del genoma de C. elegans, el primer animal en tener su genoma completamente secuenciado.

Dudas infundadas

"En ese momento, había mucho escepticismo", recuerda.

"Primero, se preguntaban si valía la pena secuenciar un genoma completo, o si se debería hacer más barato... o ni siquiera hacer nada, simplemente dejar que la gente estudiara genes individuales.

"El segundo problema era que nadie sabía cómo hacerlo. Lo que hicimos fue realmente un experimento para ver si se podían adaptar las tecnologías del momento, refinarlas lo suficiente como para secuenciar un genoma del tamaño de C. elegans. De poder hacer eso con algo del tamaño de un cromosoma humano promedio, probablemente se iba a poder extender a todo el genoma humano".Eso, como sabemos ahora, resultó ser correcto.

El bioquímico sudafricano Dr. Sydney Brenner (1927-2019) en una foto tomada en 1963, cuando empezó a investigar con el C. elegans (cuyo cultivo está en la placa de Petri). Puedes ver además el "diagrama de cableado" de su sistema nervioso (abajo), junto con un mapa de sus genes (en la parte superior izquierda).
Science Photo Library
El bioquímico sudafricano Dr. Sydney Brenner (1927-2019) en una foto de 1963, cuando empezó a investigar con el C. elegans (cuyo cultivo está en la placa de Petri). En la parte superior izquierda, un mapa de sus genes.

Y, a pesar de esas primeras dudas sobre si la tarea valía la pena o no, tener el mapa completo del genoma del gusano resultó ser más útil de lo que nadie había esperado, como dice Gordon Lithgow."Resulta que el gusano y los humanos son muy similares en su biología básica.

"Cuando se secuenció el genoma del C. elegans, descubrimos que algo así como 2/3 de los genes implicados en las enfermedades humanas estaban en el gusano. Eso significaba que se podría estudiar esa biología que es de vital importancia para las enfermedades humanas en esa pequeña criatura".

Más vida

En 1988, los científicos que trabajaban con gusanos mutantes en EE.UU. descubrieron, por casualidad, una mutación en un solo gen que aumentó la vida útil de C. elegans hasta en un 65%.

Cinco años después, el gusano apareció en los titulares cuando se encontró otro mutante de un solo gen que podía extender su vida hasta diez veces. Es más, los gusanos se mantuvieron en forma y saludables hasta el final.

"En cierto modo, cambió la forma de pensar de la gente sobre el envejecimiento", señala Lithgow.

"Pensábamos que la vida útil era como una cantidad fija, pero lo que el gusano nos mostró fue que la vida útil es plástica, que realmente se podía alterar en una dimensión diez veces mayor... ¡Es increíble!".

Investigador mirando C. elegans atrapados individualmente en una placa
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Su ciclo de vida es tan solo dos semanas, y por ser transparente se pueden examinar fácilmente y seguir el comportamiento de las células individuales a lo largo de su rápido desarrollo.

"Resulta que a nivel molecular, a nivel celular, los procesos que impulsan la vida útil de 20 días del C. elegans son muy similares a los procesos que creemos que impulsan el envejecimiento en los seres humanos. Y lo más importante es que no se trata solo de envejecer; se trata de las enfermedades del envejecimiento", subraya el experto en ese tema.

"Creemos que los mecanismos que estamos estudiando en el gusano son los impulsores, incluso las causas, de enfermedades como el Alzheimer, el cáncer, la osteoporosis, la osteoartritis, el Parkinson, etc.

"Entonces: el gusano cambió la forma en que la gente pensaba sobre el envejecimiento y sobre la esperanza de vida. Y luego, debido a la conexión con la enfermedad, el gusano cambió la forma en que pensamos sobre las enfermedades crónicas humanas".

El regalo de la naturaleza

Nadie se sorprendió más que Sydney Brenner al ver cuánto se estaba revelando al estudiar C. elegans.

"Fue muy sorprendente, porque en ese momento era un campo completamente nuevo, y creo que despegó; ahora es toda una industria".

Múltiples premios Nobel se han originado al estudiar el gusano, incluido el que recibió Brenner."El título de mi conferencia es 'El regalo de la naturaleza a la ciencia' (...), y se tratará de cómo la diversidad biológica puede ser -y ha sido- utilizada para avanzar en la investigación científica. Me gusta pensar que el cuarto ganador del premio Nobel de este año es Caenhorabditis elegans y creo que se merece la mayor parte del honor, ¡aunque, por supuesto, no compartirá la recompensa monetaria! (Risa)", dijo Brenner en su conferencia Nobel.

Partes del C. elegans
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Este pequeño 'regalo de la naturaleza a la ciencia' ha demostrado ser invaluable... y lo que le valió a Sydney Brenner y dos colegas un premio Nobel fue el descubrimiento del programa de suicidio celular.

El suicidio celular es el proceso que esculpe nuestros cuerpos en el útero, quitando la telaraña de piel entre los dedos de las manos y los pies, vaciando los tubos, dando forma a nuestros órganos y construyendo nuestro cerebro.

"En el gusano, las células se dividen y producen más células", explica Bob Waterston.

"Pero a veces no se necesita una de las células hijas que se fabrican. Y sorprendentemente, la biología ha inventado un sistema básicamente para el suicidio celular. La célula está programada para decidir que no es necesaria y activa este programa que la mata.

"Esto ha demostrado ser muy importante en toda la biología. En el cáncer es increíblemente importante: si no tienes un control adecuado de la muerte celular, si no tienes activado este programa de suicidio, eso puede conducir a ciertos cánceres".

De la tierra al cielo

Y eso no es todo: el pequeño gusano se ha utilizado para probar los límites de la biología en los entornos más extremos.

"C. elegans ha estado en el espacio", declara, entusiasmado, Lithgow.

"Fue parte de uno de los experimentos biológicos que se realizaron inicialmente en un transbordador espacial. Es más: posiblemente fue el primer organismo terrestre en reproducirse en el espacio. Son hermafroditas, así que se autofertilizan, y esos gusanos enviados al espacio pudieron reproducirse, lo cual fue muy emocionante".

También, fueron parte de una tragedia.

Imagen televisiva del accidente
Getty Images
El sábado 1 de febrero de 2003, la nave se desintegró sobre los estados de Texas y Luisiana en su reingreso a la atmósfera terrestre. Los 7 miembros de su tripulación murieron.

En 2003, para el horror de quienes estaban controlando la misión y los millones que habían prendido sus televisores para ver el regreso del trasbordador espacial, Columbia se desintegró al entrar en la atmósfera de la Tierra.

"Algún tiempo después del desastre, los gusanos se recuperaron en el recipiente en el que se estaba realizando el experimento, ¡y estaban vivos!

"Increíble que estuvieran allí, pasaron por eso y regresaron a la Tierra", cuenta Lithgow.

C. elegans que iban a bordo y que, a pesar de todo, sobrevivieron.
Getty Images
Estos son los C. elegans que iban a bordo y que, a pesar de todo, sobrevivieron.

"C. elegans han hecho una contribución tras otra a nuestro conocimiento", señala Waterston, y todo parece indicar que lo seguirán haciendo.

Hoy en día se utilizan también para probar todo tipo de medicamentos, incluidos los que los científicos esperan que puedan ralentizar y mejorar los procesos de envejecimiento.


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