AMientras la niebla persiste sobre un fiordo sueco bordeado de imponentes acantilados boscosos, un grupo de científicos recolecta barro del fondo de las aguas de color turquesa. Buscan estrellas frágiles (animales marinos con brazos largos y delgados como serpientes) para echar un vistazo a los genes que les confieren características distintivas, incluido el poder de regeneración.
Las estrellas de mar pertenecen al filo Echinodermata, que incluye estrellas de mar, erizos de mar, pepinos de mar y lirios de mar. Mientras que el genomas de estos otro equinodermo clases han sido caracterizados, Fernando Marletazbiólogo evolutivo del University College de Londres, señaló: “Sorprendentemente, no había ningún genoma disponible [for brittle stars].”1-4
Para estudiar esta intrigante criatura, el equipo de Marlétaz recolectó cientos de estrellas frágiles de un fiordo en Suecia y regresó al laboratorio para secuenciar el genoma de la animales marinos, que pertenece a la especie Anfiura filiforme.5 Los resultados, publicados en Naturaleza, Ecología y Evoluciónarrojan luz sobre cómo han evolucionado los animales de la familia Amphiuridae y proporcionan información sobre los genes implicados en la regeneración de las extremidades.
“Este es un recurso enorme”, dijo Mansi Srivastavabiólogo del desarrollo evolutivo de la Universidad de Harvard que no participó en el estudio. “Va a promover preguntas que muchas personas en biología del desarrollo evolutivo se están planteando”.
El equipo de Marlétaz extrajo y secuenció el ADN que recogieron de las estrellas frágiles y ensamblaron el genoma. Para mapear cómo han evolucionado las estrellas frágiles desde que divergieron de otros equinodermos hace unos 500 millones de años, el equipo comparó las A. filiforme genoma con el de los erizos de mar, las estrellas de mar y los pepinos de mar. Observaron que el genoma de la estrella frágil había sufrido cambios genéticos más importantes, como la mezcla de genes entre cromosomas, en comparación con los otros equinodermos. Entre los genes reordenados se encuentran los del grupo Hox, que dan forma al plan corporal del animal. Estos genes ocurren en el mismo orden en el mismo cromosoma en animales evolutivamente distantes.6 Mientras que los genes del grupo Hox de otras clases de equinodermos mostraban este orden esperado, los del genoma de la estrella frágil rompieron este patrón.
“[This was] sorprendente, porque sabemos que el grupo Hox es muy conservador en términos de orden genético”, dijo Elise Pareybiólogo evolutivo del University College London y coautor del estudio.
Srivastava señaló que estudiar este reordenamiento puede proporcionar información importante sobre el papel de este grupo de genes en los equinodermos. “Los genes Hox parecen tener muchas limitaciones a lo largo de la evolución”, dijo Srivastava. “Aquí tenemos un animal que ha jugado con esa limitación. Entonces, estudiar algo que se desvía de las reglas en realidad puede decirte algo más sobre las reglas”, explicó.
Con el genoma de la estrella frágil en la mano, Marlétaz y su equipo investigaron otra característica importante del animal: su capacidad de regenerarse. Como muchos otros equinodermos, las estrellas frágiles pueden regenerar sus extremidades después de la amputación.7 “La estrella frágil puede regenerar el brazo en sólo un mes, lo cual es muy, muy rápido”, dijo Parey. En comparación, a las estrellas de mar les toma unos cuantos meses volver a crecer un brazo perdido, lo que convierte a las estrellas de mar en un modelo importante para estudiar los genes implicados en la regeneración.
Marlétaz y su equipo intentaron identificar los genes que subyacen a esos poderes regenerativos. Cortaron los brazos de casi 3.500 animales y evaluaron la expresión genética a medida que los brazos volvían a crecer. A medida que avanzaba la regeneración, surgieron diferentes genes como mediadores importantes. Los genes implicados en la respuesta a las heridas, incluidas las funciones relacionadas con la inmunidad y la migración celular, se activan durante las primeras fases de la regeneración, mientras que las etapas posteriores están marcadas por una mayor actividad de los genes asociados con la diferenciación de tejidos y la conformación de las extremidades.
El mapeo de la ascendencia de estos genes reveló que la regeneración del brazo implicaba en gran medida la expresión de genes antiguos, lo que indica raíces genéticas compartidas entre otros animales en regeneración. Para investigar si genes similares estaban implicados en la regeneración de extremidades en otros animales, el equipo examinó los genes expresados durante la regeneración en especies lejanamente relacionadas. Compararon sus perfiles genéticos de estrella frágil con datos publicados previamente de otros dos animales regenerativos: los ajolotes (Ambystoma mexicano) y crustáceos marinos (Parhyale hawaiensis). Observaron que los tres animales expresaban genes similares durante la regeneración de las extremidades, validando un origen ancestral compartido para la regeneración.
“Nuestro artículo es probablemente uno de los pocos que intentó comparar los genes implicados en el proceso regenerativo entre linajes”, dijo Marlétaz.
“Este es un artículo que nos llama a estudiar más especies de esta manera comparativa”, coincidió Srivastava. Sin embargo, según ella, identificar genes en las estrellas frágiles es un primer paso. “Para preguntar realmente qué están haciendo, hay que hacer un trabajo funcional en el banco”.
Paray estuvo de acuerdo. “El [next steps] Serían experimentos de validación biológica para analizar el papel de un gen determinado”.