Los científicos utilizan virus inofensivos para investigar el sistema nervioso de las ranas
Nueva era en la biología de los anfibios
Los anfibios ocupan un lugar importante en la evolución, ya que representan la transición del estilo de vida acuático al terrestre. Son cruciales para comprender el cerebro y la médula espinal de los tetrápodos (animales con cuatro extremidades, incluidos los humanos). Un grupo de científicos dirigido por un equipo del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA) muestra ahora cómo pueden utilizarse virus inofensivos para iluminar el desarrollo del sistema nervioso de las ranas. Los resultados se publican ahora en Developmental Cell.
Virus. Cuando oye la palabra, probablemente se estremece. Pero no todos los virus son malos ni causan enfermedades. Algunos se utilizan incluso para aplicaciones terapéuticas o vacunación. En investigación básica, suelen emplearse para infectar determinadas células, modificarlas genéticamente o visualizar neuronas del sistema nervioso central (SNC) del organismo, el centro de mando formado por el cerebro, la médula espinal y los nervios.
El proceso de resaltado funciona ahora por fin en anfibios. Así lo demuestra un nuevo estudio del consorcio internacional EDGE, dirigido conjuntamente por el Laboratorio Sweeney del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA) y el Laboratorio Tosches de la Universidad de Columbia. Los investigadores establecieron una nueva técnica que utiliza virus adenoasociados (AAV) para rastrear el sistema nervioso de una rana a lo largo de su metamorfosis, es decir, la transición evolutiva desde las primeras fases del renacuajo hasta su forma adulta. Un avance que puede ayudar a abrir una nueva era en la neurobiología de los anfibios.
Nadar frente a caminar
David Vijatovic y Lora Sweeney entran en un laboratorio lleno de tanques de agua. Vijatovic da un golpecito en uno de ellos. Dentro aparece una pequeña rana africana de uñas (Xenopus laevis) moteada de color marrón verdoso. Sus extremidades son prominentes, maniobran con gracia y se agarran a su entorno. En otro tanque, los renacuajos se arremolinan con sencillos movimientos natatorios. Es sorprendente pensar que uno se transforma en el otro.
"Las ranas sufren metamorfosis", dice Sweeney, "lo que las convierte en un gran organismo modelo para estudiar la transición entre dos modos de movimiento: nadar y caminar". El desarrollo de una rana dura entre 12 y 16 semanas, lo que da a los científicos tiempo para estudiar cada etapa. Durante estas semanas, un embrión de rana se convierte en un renacuajo joven, un renacuajo con dos patas y una ranita joven con cuatro patas antes de llegar a la etapa adulta. "Observando las distintas etapas del desarrollo, podemos investigar estos comportamientos locomotores y los cambios subyacentes en el sistema nervioso", añade Vijatovic.
Como un circuito eléctrico: el cableado de las ranas
El sistema nervioso de un organismo se denomina circuito neuronal porque se parece a un circuito eléctrico. "Las células nerviosas (neuronas) están conectadas a otras neuronas, transmitiendo información eléctrica. Cómo nos comportamos, qué percibimos y cómo interactuamos con el mundo son producto de la forma en que nuestras neuronas se comunican entre sí dentro de estos circuitos", explica Sweeney. Lo fundamental es cómo está conectado el circuito. Sabemos que las neuronas están conectadas, pero ¿qué neurona se conecta a cuál? ¿Con qué otras células habla una sola célula y qué mensajes transmite?
Para saber más sobre este cableado, los investigadores han recurrido a los virus, que han demostrado ser una poderosa herramienta. Los virus adenoasociados (AAV) son ideales en este sentido. No son patógenos y pueden infectar una amplia gama de tipos celulares, incluidas las neuronas. Los AAV pueden modificarse para que brillen con colores verdes fluorescentes brillantes bajo el microscopio mientras se desplazan por las neuronas, ya sea de forma retrógrada (hacia atrás, desde la sinapsis hacia el cuerpo celular) o anterógrada (hacia delante, desde el cuerpo celular hacia la sinapsis). En otras palabras, los AAV pueden utilizarse para iluminar el circuito neuronal desde el extremo emisor al receptor o viceversa.
"Se trata de una técnica habitual en neurociencia, sobre todo en organismos bien estudiados como los ratones. En el caso de los anfibios, se pensaba que no se podía hacer", dice Vijatovic. Ésa era la creencia general hasta ahora.
El poder de la colaboración científica
Para que el etiquetado con AAV funcionara en anfibios, Sweeney y Vijatovic unieron fuerzas con un equipo internacional de científicos del grupo de Maria Tosches en la Universidad de Columbia, donde trabajan las otras dos coautoras del estudio, Eliza Jaeger y Astrid Deryckere. El consorcio también incluía a investigadores de la Universidad de Tel Aviv, la Universidad de Utah, el Instituto de Investigación Scripps y el Instituto Tecnológico de California. Los investigadores aunaron esfuerzos, se apoyaron mutuamente en sus conocimientos, visitaron congresos, realizaron innumerables llamadas de Zoom y aportaron diferentes perspectivas e ideas. "Cuando se empieza a investigar un organismo que aún no se conoce bien, es estupendo contar con una comunidad en la que compartir información", afirma Sweeney.
Examinaron los AAV existentes para encontrar el más adecuado para los anfibios y optimizaron la estrategia de infección, elaborando finalmente una "guía práctica" para ranas y tritones. Vijatovic resume así su viaje de doctorado: "Empezamos con renacuajos jóvenes, seguimos con renacuajos mayores y finalmente pasamos a ranas juveniles y adultas, así como a tritones adultos. Adaptamos la herramienta a cada etapa vital".
Comparar las ranas con los humanos: lo que esta investigación dice de nosotros
Con esta nueva técnica, los científicos consiguieron aplicar AAV para trazar conexiones neuronales en anfibios. Esto les ayudará a saber más sobre cómo se compara el cerebro de los anfibios con el de los mamíferos. Además, el nuevo método también abre las puertas a nuevos análisis del desarrollo neuronal. Con algunas de las variantes de AAV analizadas, los investigadores pueden marcar células progenitoras en un momento concreto del desarrollo del circuito y seguirlas para ver en qué neuronas se convierten. "De este modo, podemos resolver todo el circuito por su desarrollo, ver cómo cambia con el tiempo y cómo se construye todo el sistema nervioso", afirma Sweeney.
Aunque los anfibios y los mamíferos tuvieron un antepasado común por última vez hace unos 360 millones de años, comparten rasgos comunes. "Comparando los detalles del sistema nervioso de una rana con el de un ser humano, podemos ver lo que no tenemos y lo que sí", prosigue Sweeney. Este conocimiento puede ayudarnos a comprender cómo se especializó el sistema nervioso humano con el paso del tiempo. "Cuanto mejor comprendamos los componentes básicos del sistema nervioso, mejor entenderemos cómo podemos sustituirlos en caso de enfermedad o lesión".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Eliza C.B. Jaeger, David Vijatovic, Astrid Deryckere, Nikol Zorin, Akemi L. Nguyen, Georgiy Ivanian, Jamie Woych, Rebecca C. Arnold, Alonso Ortega Gurrola, Arik Shvartsman, Francesca Barbieri, Florina A. Toma, Hollis T. Cline, Timothy F. Shay, Darcy B. Kelley, Ayako Yamaguchi, Mark Shein-Idelson, Maria Antonietta Tosches, Lora B. Sweeney; "Adeno-associated viral tools to trace neural development and connectivity across amphibians"; Developmental Cell
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