¿Cómo puede el estudio de diferentes especies impactar en la comprensión de la biología humana? ¿Cuán importante es descifrar el genoma de organismos que, potencialmente, podrían servir para entender el comportamiento de nuestras células frente a diferentes enfermedades? Estas son algunas de las preguntas que por décadas han permitido que muchos científicos básicos desarrollen investigación de punta que ha contribuido al conocimiento en diversas áreas.
En este aspecto, la bioquímica y la biología molecular han visualizado en diferentes organismos “modelo” la respuesta a muchas de sus interrogantes, dando espacio a experimentos que sirven de plataforma para impulsar el camino a dilucidar los mecanismos biológicos que permiten la vida de todas las especies.
Uno de los modelos animales de estudio más usados en la actualidad es, posiblemente, el pez cebra. Gracias a sus atributos, entre los cuales se cuentan, un desarrollo embrionario vertiginoso, células transparentes y susceptibilidad a transformación genética, se transformó en un organismo altamente propicio para la investigación vinculada con diversas líneas de investigación, que van desde la inmunología hasta la neurociencia.
En ese sentido, y en el marco de la conferencia plenaria “Hermann Niemeyer 2017”, el Dr. Miguel Allende, miembro de la Sociedad de Bioquímica y Biología Molecular de Chile, expuso lo que él y su grupo ha aprendido de los peces como modelo de estudio, haciendo hincapié en el aprovechamiento que se puede hacer de la enorme diversidad de ellos que existen en América Latina. Cabe destacar que de manera extraordinaria, el evento estuvo patrocinado por The Federation of European Biochemical Societies (FEBS), por lo que fue un acontecimiento de carácter masivo, que reunió a cientos de investigadores europeos e importantes invitados.
El Dr. Miguel Allende es profesor Titular del Departamento de Biología de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Chile. Allí desarrolla investigación fundamental en el área de genética molecular y el desarrollo embrionario. Realizó sus estudios de pregrado en Ciencias Biológicas en la Pontificia Universidad Católica de Chile, y luego realizó un doctorado en Biología Molecular en la Universidad de Pennsylvania y un postdoctorado en el Massachusetts Institute of Technology. Actualmente el académico es también Director del Centro de Regulación del Genoma (CRG), de la iniciativa FONDAP.
A continuación la entrevista que la Sociedad de Bioquímica y Biología Molecular de Chile, realizó al Dr. Miguel Allende Connelly.
¿Cómo fue su experiencia en la conferencia Hermann Niemeyer presentada por usted en España?
Fue una experiencia bastante única, ya que además de la gran asistencia y participaciónn de la comunidad científica local, me tocó ir en un momento especial para Barcelona, donde se enfrentaban los líderes de Cataluña frente al gobierno español, por lo que también desde la perspectiva cultural fue un viaje interesante.
A pesar de ello, el congreso funcionó perfectamente en un ambiente muy cordial y grato; me encontré con muchos amigos, incluyendo a la Presidenta de nuestra Sociedad, la Dra. Ilona Concha. Ofrecí mi charla plenaria el segundo de los cuatro días que abarcaba la actividad; asistieron alrededor de 500 personas.
¿De qué trató su charla?
En mi charla hablé sobre un tema bastante nuevo, el cual está vinculado con mi labor en el Centro de Regulación del Genoma, CRG. Abordé tópicos relacionados con la genómica de peces sudamericanos, tema que hemos desarrollado en el último tiempo en el CRG. Esta investigación me pareció lo suficientemente novedosa y transversal como para ser presentada en un escenario como este, donde la audiencia era más amplia y no tan específica.
¿Esta presentación está vinculada a lo que es su trabajo en el Centro Fondap de Regulación de Genoma?
Así es, pero no solo eso, sino que tiene a su haber varias vertientes. Por un lado, mi trabajo en el CRG y por otro, mi pertenencia a la Facultad de Ciencias, donde hemos formado un equipo multidisciplinario de colegas interesados en el tema. El estudio de este y otros genomas forma parte de una iniciativa que hemos lanzado junto con otros centros de excelencia, llamada “1000 Genomas”, en que pretendemos secuenciar 1000 especies y 1000 personas.
Cabe destacar que en nuestro Centro hacemos estudios de genómica que no solo están ligados a la secuenciaciónn per se, sino que también, buscamos comprender los mecanismos reguladores del mismo, sobretodo en respuesta a ambientes estresantes o extremos. En ese sentido, nuestro foco está puesto en estas situaciones, las que además relacionamos con procesos adaptativos.
¿Cómo es el modelo de estudio que están investigando?
Uno de los peces que estamos estudiando tiene características de adaptación únicas. Bajo este escenario, lo que presenté en el congreso fueron nuestros hallazgos en el genoma de un pez anual, del grupo de los Ciprinidontiformes, que tiene un ciclo de vida muy corto ya que vive en aguas efímeras, las cuales se evaporan en una estación seca en la cual los peces mueren. Lo increíble es que los huevos que ponen los peces en el fondo de los charcos resisten a la desecación y pueden estar varios meses esperando una temporada lluviosa para poder eclosionar y dar lugar a otra generación. Esta especie vive en el lado atlántico del continente, en países como Uruguay, Brasil y Argentina.
Hemos secuenciado el genoma de este organismo para descubrir cómo logra esta hazaña biológica. Creemos que, en parte, se debe a la increíble dinámica de elementos transponibles o móviles en el genoma, los cuales le han conferido nuevas capacidades genéticas en un tiempo evolutivo brevísimo.
Las cualidades de los peces
Dentro de los vertebrados, el grupo con mayor diversidad es el de los peces, se observan adaptaciones múltiples y muy particulares, en comparación con el grupo de los mamíferos, los cuales son más reducidos en diversidad.
Los peces son excelentes modelos experimentales, ya que algunas especies se reproducen en cautiverio con facilidad y en grandes cantidades, ya que sus embriones son de desarrollo externo. Si bien en un contexto de laboratorio, el pez cebra es el más reconocido, este es un ejemplo más dentro del espectro de miles de otros que tienen potentes atributos.
Por otro lado, en aspectos de biodiversidad y conservación, el estudio de los peces contribuye a conservar el patrimonio genético y a entender los enormes riesgos ambientales que enfrentamos; estos animales están sujetos a enormes presiones, que van desde el cambio climático hasta la sobreexplotación. Por esta razón, entender su fisiología y cómo responden a cambios ambientales pueden darnos herramientas para hacer intervenciones de manejo o para hacer explotación sustentable del recurso acuícola.
El pez cebra
El pez cebra es introducido en la década de los ´80 como modelo de estudio y fue elegido porque a pesar de ser un vertebrado, tenía un embrión prácticamente translúcido y de desarrollo muy rápido. Por otro lado, se destaca que el periodo de generación es corto (de huevo a adulto son tres meses). De esta forma, y en un tiempo razonable, es posible tener varias generaciones; además ponen cientos de huevos diariamente. En este sentido, podemos compararlo con modelos invertebrados como Drosophila melanogaster. Éstas son algunas de las razones por las cuales el pez cebra fue tan bien recibido por la comunidad de biólogos.
En la actualidad este modelo se ha transformado en uno de los de mayor uso en el mundo, ahora abarcando nuevas áreas como la toxicología, epidemiología y estudios de la conducta, entre otros.
¿Cuál/es son las líneas de investigación actuales de su laboratorio, tanto en la Facultad de Ciencias como en el Centro de Regulación de Genoma (CRG)?
Tenemos diversas líneas de investigación, dentro de lo que es el trabajo en pez cebra como modelo. Nosotros estudiamos tradicionalmente, el desarrollo del sistema nervioso, específicamente: la regeneración del mismo. En ese camino, hemos tomado como ejemplo un sistema mecanosensor que poseen los peces que es altamente parecido al oído humano, ya que al igual que nosotros está compuesto de células sensoriales muy lábiles.
Sin embargo, a diferencia de los humanos, los peces regeneran perfectamente estas células cuando las pierden. De hecho, una de las cualidades notables de los peces es que pueden regenerar muy bien todas sus células (por consecuencia órganos y tejidos). Estamos tratando de entender cómo lo logran.
También hemos estado estudiando el sistema inmune de los peces, sobre todo la inmunidad innata, que aparece primero en el desarrollo. En este contexto, hemos definido que hay una estrecha relación entre inmunidad y regeneración ya que las células inmunes son claves para la restauración de tejidos frente a un daño. Lo novedoso de nuestros experimentos en pez cebra, es que podemos visualizar in vivo, los movimientos y conductas de las poblaciones celulares que hacen tareas específicas en estos procesos. Para esto nos basamos mucho en la gran potencia genética del pez cebra, que permite hacer mutantes de manera muy fácil y transgénicos que expresan proteínas fluorescentes en tipos celulares específicos.
Por ejemplo, tenemos células inmunes verdes o células sensoriales rojas, y de esta forma podemos ver su interacción, lo mismo con las bacterias marcadas con otro color. Esto nos ayuda mucho para comprender procesos de dinámica celular. Increíblemente, hemos logrado hace poco, generar peces xenotransplantados, que entre sus tejidos tienen células inmunes provenientes de ratón o de humano. Las células de mamífero se comportan normalmente, como si estuvieran en su huésped original, se diferencian y responden a estímulos inmunes. Esto permite, por primera vez y en un formato in vivo, estudiar los comportamientos de las células inmunes en tiempo real, visualizando los procesos.
Para más información sobre el trabajo del Dr. Allende y su equipo, visite los siguientes links:
www.zebrafish.cl
www.genomacrg.cl
www.1000genomas.cl
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Periodista: Patricio Grunert Alarcón. ®
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