Entonces ... ¿ porqué el pez cebra ?

Los peces como modelo de estudio en la biología de los vertebrados

Por Gaby Vitovich

 

 

Entre los organismos modelo se comparten mecanismos de regulación genética y de diferenciación celular que pueden ser estudiados y utilizados para entender mecanismos más complejos . Sin embargo,  también pueden ser estudiados por tener características únicas.

 

Formalmente, “sistema modelo” u “organismo modelo” es la denominación que se aplica en biología, a las especies animales que se estudian en detalle y que se utilizan como base para generalizar como ocurren determinados procesos biológicos  en el resto de las especies relacionadas. Pero, ¿existe realmente una especie modelo?. En realidad no. Depende del tipo de estudios que se quieran realizar y de hasta donde queramos generalizar los resultados obtenidos. Entre los distintos grupos de vertebrados candidatos a ser considerados “organismos modelo” para muchas de las disciplinas de la biología , los peces teleósteos (peces óseos) ocupan una de las primeras posiciones.

Filogenéticamente hablando, los peces constituyen el grupo de vertebrados mas antiguo (unos 500 millones de años) y diverso que se conoce. Agrupan aproximadamente unas 18.000 especies (un orden de magnitud mas que los mamíferos) y colonizan habitats muy diversos, por lo que han tenido que desarrollar estrategia evolutivas muy variadas. De estos tres rasgos evolutivos podemos ya señalar tres de las ventajas que poseen los peces como animales de experimentación:

 

1.-Ofrecen una gran cantidad de modelos alternativos. Su divergencia evolutiva y extrema diversidad proporciona una abundante fuente de genomas distintos donde buscar y encontrar todas las posibles combinaciones estructura-función que han ocurrido en la naturaleza durante los últimos 400 años .

 

2.-Son adecuados tanto para la experimentación de campo como la de laboratorio . Se adaptan fácilmente a la vida en cautividad y pueden mantenerse en los acuarios sin demasiados requerimientos técnicos.

 

3.-Su adquisición y mantenimiento son mucho más económicos que la de cualquier ave, anfibio, mamífero, etc, utilizado en experimentación .

Aunque con distinta finalidad, son muchas y variadas las especies de peces que se han utilizado y aún se utilizan en investigación, nos vamos a centrar en una especie perteneciente al grupo de los peces teleósteos,

 

 

 

 

 

 

 

 

El Pez cebra y la Biología de los vertebrados

En los últimos años se ha avanzado notablemente en la compresión del desarrollo y genética de los vertebrados y en gran medida el pez cebra es responsable de ello. Básicamente porque a partir de él, y con relativa facilidad, pueden generarse colecciones de mutantes cuyo fenotipo puede ser analizado iv vivo (en el propio animal) durante las etapas tempranas del desarrollo Alterar la función de un gen y observar el fenotipo que produce es una de las mejores alternativas para poder establecer cual es su función y que papel tiene en el desarrollo o funcionamiento de un organismo. Cuando tras inducir una mutación (mediante sustancias químicas], clonaje posicional, retrovirus genéticamente modificados, etc) el fenotipo mutante generado resulta de interés, se procede a localizar la mutación en el genoma y posteriormente a su clonaje. Mediante estas aproximaciones experimentales, se han desvelado importantes datos acerca de la formación y función de tejidos, órganos y redes neuronales e incluso mecanismos genéticos implicados en enfermedades humanas . Además, estos análisis en pez cebra están constituyendo un complemento esencial del “proyecto genoma humano” .

A la par de una descripción detallada de la anatomía del embrión del pez cebra se han desarrollado metodologías robustas que permiten la experimentación en varios aspectos como son: La localización de proteínas “in vivo” por medio de fusiones de la proteína verde fluorescente (GFP), el apagado específico de genes empleando morfolinos (RNA antisentido modificado con un grupo morfolino), la ablación y transplante de células.

 

¿Qué características posee el pez cebra frente a otros modelos que también permiten un sencillo análisis de genotipos mutantes (gusano y mosca de la fruta), para que a partir del se puedan generalizar datos sobre el desarrollo de vertebrados e incluso servir de modelo para el estudio de enfermedades humanas ?.

 

1.- Es un teleósteo diploide y su patrón de desarrollo es similar al de los vertebrados superiores incluidos los mamíferos y por lo tanto el hombre. El modelo Caenhorhabditis elegans / Drosophila  deja muchas cuestiones por resolver porque la cresta neural, la notocorda, el páncreas endocrino y exocrino, etc, son “inventos” de los vertebrados. De hecho, en un principio “el sistema pez cebra” fue establecido como un puente para cubrir las lagunas existentes entre los modelos Drosophila/Caenhorhabditis elegans y ratón/hombre .

 

2.-Se ha demostrado la existencia relaciones sinténicas entre los genomas humanos y de pez cebra y por ello la mutación de genes ortólogos en pez cebra puede dar lugar a fenotipos similares a los que se presentan en muchas enfermedades humanas.

 

Frente al resto de los modelos de vertebrados posee como ventajas:

 

1.-Su pequeño tamaño (aproximadamente 2,5 cm) permite mantener un elevado número de ejemplares en espacios relativamente pequeños

 

2.-Una sola hembra madura puede poner desde docenas a cientos de huevos por lo que se puede disponer de elevadas cantidades de material genético uniforme

 

3.-La fertilización de los huevos es externa por lo que no se necesitan posteriores manipulaciones del embrión. De esta manera, se suprime la problemática que plante en mamíferos el tener que implantar posteriormente los embriones en el útero de hembras pseudopreñadas.

 

4.-Tanto el tiempo de desarrollo del embrión completo (72h)  como el que transcurre entre distintas generaciones es muy corto (2-3 meses).Además, se pueden controlar las puestas modificando las temperatura y/o fotoperíodo.

 

5.-Los embriones son transparentes por lo que se permite el análisis no invasivo del embrión y el seguimiento la expresión génica en tiempo real (en el animal vivo según se desarrolla).

  

En la actualidad son incontables las investigaciones sobre biología del desarrollo, toxicología, carcinogénesis, senescencia, desordenes genéticos etc, que utilizan como modelo de estudio el pez cebra, y los logros obtenidos a partir de ellas imposibles de relatar. A modo de ejemplo vamos a citar la enfermedad de la Anemia Sideroblástica Congénita, en el que se refleja claramente el potencial del pez cebra como modelo de estudio de enfermedades humanas.

 

Mediante clonaje posicional se aislaron en zebrafish un conjunto de genes denominados Sauternes (Sau). Fenotípicamente, los mutantes Sau de zebrafish presentan bajos niveles de hemoglobina aunque el número de células rojas circulantes en el torrente sanguíneo es normal. Tras un intensivo estudio se demostró que este fenotipo mutante se debe a un defecto en el gen de la enzima d-aminolevulinato sintetasa (ALAS-2) que regula el primer paso en la biosíntesis del grupo hemo en los glóbulos rojos embrionarios. Los pacientes humanos de Anemia Sideroblástica Congénita también son deficientes en la enzima ALAS-2 y sus eritrocitos, al igual que los del pez cebra, hipocrómicos por deficiencias en la síntesis de hemoglobina. Para esta grave enfermedad, es la primera vez que se ha podido establecer un modelo animal de estudio.

 

 

  Embriones de Zf  con GFP