Pez cebra, gran utilidad en biomedicina y neurociencias

Tiene una gran semejanza a nivel genómico con el ser humano, característica de mucha utilidad como modelo experimental

El pez cebra, por su semejanza con el ser humano, como modelo experimental “está a la vanguardia en la investigación biomédica e incluso en las neurociencias”.

Ofrece una película completa de procesos biológicos durante el desarrollo embrionario, a diferencia de otros modelos animales (ratón, por ejemplo), que sólo presentan una fotografía instantánea.

En una analogía de Fernando López Casillas, éstos son la toma que capta la llegada del corredor a la meta y aquél, el pez cebra, capta todo su trayecto, en tiempo real, desde que arrancó hasta que terminó la carrera.

Esas son sólo dos ventajas del pez cebra como modelo experimental, sostiene el investigador del Instituto de Fisiología Celular (IFC) de la UNAM.

Diferentes pero parecidos

Por la similitud (mismas estructuras, mismos diseños genéticos a nivel básico), el pez cebra y el ser humano son comparables, apunta el doctor López Casillas.

Aunque con fisiologías diferentes, ambos son vertebrados y sus embriones son tan parecidos, que sólo un ojo experto puede distinguir uno de otro al inicio del desarrollo.

A nivel molecular la cercanía es mayor. Ambos tienen un genoma de tamaño similar: “más o menos, grosso modo, el mismo número de genes”.

En cuanto a escalas filogenéticas no estamos “tan alejados”. Por su material genético de base, en su estructura corporal de vertebrados, somos especies emparentadas.

Por ejemplo, el pez cebra tiene cierto gen que no se sabe para que les sirve, pero que al activarse, de manera experimental en el laboratorio, se detona el desarrollo de estructuras propias de organismos con extremidades anteriores y que normalmente no se ven en los peces silvestres. “Echan como primordios de brazos”.

Embrión trasparente

El desarrollo embrionario del pez cebra ocurre en cinco días. Y en las primeras 24 horas el embrión es completamente trasparente. Transparencia que pude durar todo el periodo larvario, si se inhibe la síntesis de la melanina.

Como su desarrollo es externo, fuera de la madre, es perfectamente visible bajo el microscopio. Eso es imposible en ratones. Para ver etapas de desarrollo, hay que sacrificar a la ratoncita y sacar los embriones. En cambio, en el pez cebra uno ve en tiempo real el desarrollo de las estructuras a lo largo del tiempo.

Peces fluorescentes

Gracias a la facilidad con que se pueden manipular sus genomas, se han creado diversas líneas de pez cebra con “marcajes moleculares”, mediante la expresión de proteínas fluorescentes, con las cuales se puede ver cómo se forman estructuras marcadas específicamente, como el sistema circulatorio, el corazón, etcétera.

Esto permite visualizar, en tiempo real, como se desarrollan las estructuras embrionarias, cómo se ensamblan y crecen las células, incluso sus mecanismos moleculares, así como el efecto de algún compuesto, o fármaco. Por ejemplo, se puede investigar qué genes determinan el desarrollo de una conexión vascular, de una válvula cardiaca o de un circuito neuronal.

Se puede hacer que los genes sean reporteros específicos para todos los linajes celulares. Pintarlos con la proteína fluorescente para que reporten el desarrollo embrionario “de cualquier estructura y en cualquier momento”.

Mejor aún, dice López Casillas, con las técnicas del CRISPR (herramienta de edición genética que está revolucionando la medicina y la agricultura) se pueden iluminar genes a voluntad, de manera más precisa, y mapear las funciones génicas, como nunca.

A pesar de que el cerebro del pez cebra “no es nada comparable al cerebro humano”, tiene peculiaridades que se pueden observar mejor que con las técnicas que se usan para otras especies.

En el pez cebra, con técnicas optogenéticas se puede estudiar X neurona de Y circuito de tal región del cerebro, en menos tiempo (semanas) que en un ratón (meses).

El betaglicano

López Casillas participó en la identificación y clonación del betaglicano o receptor tipo 3, proteína anclada en las membranas celulares.

El betaglicano tiene la capacidad de unir un compuesto llamado Transforming Growth factor Beta o Factor de Crecimiento Transformante tipo Beta (TGF-β).

El TGF-β es una molécula que “hace un montón de cosas” tanto en el desarrollo embrionario como en el organismo adulto. Está asociado a la cicatrización, a la proliferación celular y la apoptosis, entre otros procesos celulares.

Se descubrió que afecta de manera negativa la división celular. Si pones insulina u otro factor de crecimiento en las células —señala el investigador del IFC—, incrementas la proliferación celular, y si pones TGF-β, dejan de dividirse.

Ni tan accesorio

Considerado por otros investigadores un gen accesorio, “que no sirve para nada”, López Casillas descubrió que la presencia del betaglicano hace que el TGF-β tenga “una potencia al máximo”, o en ciertas circunstancias, un efecto bloqueador del TGF-beta.

Luego un grupo en Australia descubrió en un modelo murino que el betaglicano era indispensable para el desarrollo del corazón. “Los ratones, cuando les falta el gen del receptor tipo 3, se mueren a mitad del desarrollo”, lo cual es un fuerte argumento en contra de esa “accesoriedad”.

En experimentos en pez cebra, López Casillas descubrió también que apagar la expresión del gen del receptor tipo 3 o betaglicano, “causa problemas en la vasculatura embrionaria”.

Tres vertientes

Este “sorpresivo” hallazgo abrió otras vertientes de investigación para el grupo del IFC. Una de ellas es el estudio del mecanismo molecular del betaglicano en el desarrollo de la angiogénesis y otras estructuras embrionarias.

Otro proyecto es con colegas del Instituto Nacional de Cancerología. Se esta inyectando células cancerígenas en pez cebra para medir su capacidad proliferativa y tumoral.

Con el Instituto de Química de la UNAM se estudian sondas fluorescentes para ver qué estructuras del pez se unen a estos compuestos.

Otro tipo de estudios que se pueden hacer en pez cebra son ensayos de toxicidad. Probar compuestos para tratar el cáncer. También tamizajes para farmacología: probar un fármaco que afecte algún proceso patológico para mejorarlo o cambiar “su selectividad”.

Asimismo, se puede estudiar en el pez cebra trastornos genéticos que representen modelos de enfermedades humanas para ver la posibilidad de algún tratamiento farmacológico.

“Prácticamente no hay ninguna área de la biomedicina en donde el pez no tenga utilidad”.

El rompecabezas

El estudio del betaglicano y del desarrollo embrionario en el modelo Zebrafish es un rompecabezas. “No faltará quien ponga una pieza al lado de la tuya para ir armándolo” hasta que esté completa la foto.

“En el futuro vamos a tener una foto muy grande no solo del gen sino de los procesos en los que participa”.

Todo es ciencia básica, pero si en el camino generamos conocimiento útil en terapia y diagnóstico “será muy bueno”, como ya lo hicimos cuando descubrimos que una forma del betaglicano reduce los efectos nocivos del exceso del TGF-beta.

(Con información de Gaceta UNAM)