AUSTIN, TEXAS-Un bebé recién nacido se ve inequívocamente huhombre, con piernas, boca, orejas y trasero en su lugar. No se puede decir lo mismo de las estrellas de mar, los gusanos o las mariposas más jóvenes: muchos invertebrados comienzan sin parecerse en nada a los adultos en los que se convertirán. Ahora, los investigadores han monitoreado las células larvales de un gusano durante la transformaciónmaduración hasta la edad adulta, espiando sus destinos y cómo cambiaron sus identidades. El trabajo, presentado a principios de este mes en la reunión anual de la Sociedad de Biología Integrativa y Comparada aquí, proporciona algunas de las primeras pistas claras, célula por célula, sobre lo que sucede durante estos cambios radicales en la forma del cuerpo.
“Estamos comenzando a entender cómo una larva produce un plan corporal adulto”, dice Christina Zakas, bióloga evolutiva de la Universidad Estatal de Carolina del Norte (NCSU) que no participó en el trabajo. La confianza del estudio en una técnica sofisticada para rastrear la actividad génica en células individuales también es un hito. Hasta la fecha, la mayoría de los análisis de células individuales se han centrado en animales «modelo» bien estudiados, como la mosca de la fruta, el ratón o el pez cebra. «Eso [the author] Lograr que esta nueva tecnología funcionara en algo que no era un organismo modelo fue simplemente asombroso”, dice Greg Rouse, biólogo marino de la Institución Scripps de Oceanografía que no participó en el trabajo. El trabajo podría inspirar a otros biólogos a estudiar su propia metamorfosis favorita a nivel de células individuales, dice.
Los invertebrados sufren varios tipos de transformaciones de larva a adulto. Las orugas se convierten en mariposas a través de un proceso bien entendido llamado metamorfosis catastrófica, en el que un pequeño grupo de células que estaban latentes en thLa larva se multiplica y se diversifica en el adulto, dejando atrás el cuerpo larvario muerto. Pero Paul Bump, ahora becario postdoctoral en la Universidad de Harvard, quería saber qué sucede en las especies que carecen de ese grupo de células.
Bump, que entonces era un estudiante graduado de la Universidad de Stanford que trabajaba con el biólogo evolutivo Christopher Lowe, se centró en el gusano con el corazón roto de California (Esquizocardio californicum), un gusano marino que se encuentra en las marismas de California. El adulto de 30 centímetros de largo crece a partir de una larva que es poco más que una mancha del tamaño de una semilla de sésamo con una mancha ocular en un extremo y una banda de cilios alrededor de su cuerpo. Varios meses después de comenzar la vida, en solo 48 horas aproximadamente, la larva se transforma en un diminuto gusano juvenil con piezas bucales abultadas, una sección media engrosada y un cuerpo largo y sinuoso.
Para rastrear lo que sucede con las células de la larva a medida que pasa a la edad adulta, Bump y sus colegas primero secuenciaron el genoma del gusano y descubrieron cómo extraer células individuales. Midió la actividad génica en células aisladas de larvas en diferentes etapas de metamorfosis y del gusano juvenil. Usando esos resultados, agrupó las células larvales y juveniles en diferentes tipos: células nerviosas, células musculares y similares. También adjuntó etiquetas al ADN en diferentes puntos de tiempo para poder ver dónde terminaba, y la célula que lo contenía, a medida que avanzaba la metamorfosis.
El método podría incluso identificar células que se formaron durante la metamorfosis. El protocolo es «una nueva forma de hacer preguntas sobre las identidades de las células», dice Caroline Albertin, bióloga del desarrollo del Laboratorio de Biología Marina que no participó en el trabajo.
Según el tipo de célula, sucedía una de tres cosas. Las células musculares y algunos otros tipos de células sobrevivieron a la transformación con pocos cambios. Otras células larvales, incluidas algunas células nerviosas, murieron y desaparecieron. Pero para sorpresa de Bump, muchas células (quizás casi la mitad, incluidas otras células nerviosas y células intestinales) parecían permanecer pero cambiaron su repertorio de genes activos y asumieron diferentes roles en el adulto. “Lo que una célula es, y es capaz de hacer, es más flexible de lo que apreciábamos anteriormente”, dijo en la reunión. “Parece que hay diferentes tipos de células en diferentes etapas de desarrollo”, dice José Aguilar, biólogo evolutivo de NCSU que espera usar la técnica de una sola célula en su propio trabajo con otros gusanos.
Bump también notó pistas sobre las raíces evolutivas de la metamorfosis. Alrededor de la época en que la larva del gusano comenzó su transformación, muchas células comenzaron a producir una enzima que, en los insectos, ayuda a activar una molécula llamada hormona juvenil. El gusano parece producir una hormona relacionada, informó Bump, y el momento sugiere que la hormona juega un papel en la metamorfosis del gusano. Debido a que se sabe que la hormona juvenil regula la metamorfosis en los insectos, el hallazgo podría significar que algunos de los mecanismos moleculares que controlan el proceso evolucionaron en un ancestro común de gusanos e insectos.
Elaine Seaver, bióloga del desarrollo de la Universidad de Florida, sugiere que se pueden obtener más conocimientos. “Estamos comenzando a aplicar la secuenciación unicelular a todo tipo de animales. Es una herramienta poderosa para aprender más sobre la evolución y sobre las historias de vida”.
