Tenemos en común con ellos la mayoría de nuestros genes
Los científicos tienen un puñado de organismos estándar de investigación, incluidas moscas de la fruta y ratones, que utilizan para estudiar el desarrollo evolutivo (evo-devo) de linajes animales a lo largo del tiempo. Sin embargo, cuantos más organismos de investigación puedan estudiar, más profunda será nuestra comprensión de la vida y más conocimientos tendremos para avanzar en la biomedicina y la conservación ecológica.
Investigadores del Laboratorio de Biología Marina (MBL), Woods Hole y la Estación Zoológica Anton Dohrn (SZS) en Nápoles, Italia, se han sumado a la caja de herramientas evo-devo al establecer Holothuria tubulosa, una especie de pepino de mar, como organismo de investigación experimental.
El pepino de mar, que se encuentra abundantemente en el mar Mediterráneo y el océano Atlántico oriental, es un equinodermo, un grupo de invertebrados marinos que incluye erizos de mar, estrellas de mar y dólares de arena. Algunas especies de equinodermos se han utilizado como modelos de desarrollo durante más de un siglo gracias a sus bajos costos, alta fecundidad, larvas ópticamente claras y, más recientemente, su facilidad para estudios genéticos.
"Los equinodermos son los invertebrados genéticamente más cercanos a los humanos, lo que significa que tenemos en común la mayoría de nuestros genes. Si entendemos cómo funcionan esos genes en un equinodermo, también sabremos cómo funcionan en los humanos", dijo Margherita Perillo, científica investigadora del MBL que dirigió el estudio.
"Los pepinos de mar también tienen atributos y habilidades especiales, como alimentarse de deposiciones, limpiar el fondo del océano y la capacidad de regenerar completamente todo su cuerpo, que podrían ser útiles en conservación y biomedicina", dijo.
Imagen derecha: El pepino de mar Holothuria tubulosa eviscerando sus órganos, incluidos los ovarios (naranja). Crédito: Perillo et al, Frente. Ecológico. Evolución. 2024
Protocolo para la producción de cultivos embrionarios
El primer paso para establecer H. tubulosa como organismo de investigación fue desarrollar un protocolo para producir cultivos embrionarios de manera eficiente en un laboratorio. Los métodos existentes, incluida la imitación del ciclo de reproducción natural del animal y la inducción de la liberación de todos los órganos del animal mediante evisceración (un comportamiento que los pepinos de mar normalmente exhiben cuando se ven amenazados), eran complicados, ineficaces o ambas cosas.
Para superar esto, el equipo dirigido por Rossella Annunziata (SZS) y Perillo fue pionero en una técnica no invasiva para recolectar repetidamente una pequeña cantidad de gametos (espermatozoides y óvulos) durante un largo período de tiempo. La microcirugía implica una pequeña incisión cerca de los órganos reproductivos de un pepino de mar, lo que permite la extracción de testículos u ovarios. La incisión sana rápidamente y brinda a los investigadores la posibilidad de recolectar cada pocos días del mismo animal.
Imagen derecha: Larva del pepino de mar, Holothuria tubulosa, que muestra núcleos (cian) y actina (magenta). Crédito: Perillo et al, Frente. Ecológico. Evolución. 2024
Dado que los óvulos recuperados mediante esta técnica no han alcanzado la maduración y no pueden ser fertilizados, los investigadores exponen a continuación los ovarios extraídos a un péptido sintético (el péptido tiorredoxina-2, que se sabe que funciona en otras especies) para hacerlos receptivos a los espermatozoides. Luego cultivan el óvulo fertilizado, donde alcanza la etapa de metamorfosis en aproximadamente ocho semanas.
"Nuestro protocolo elimina un importante obstáculo que ha impedido que H. tubulosa se utilice como organismo de investigación y abre la puerta para que lo utilicen más científicos", afirmó Perillo.
Construyendo sobre una base sólida
A continuación, el equipo utilizó microscopía de alta resolución junto con inmunohistoquímica para documentar el desarrollo de las larvas, centrándose en sus estructuras únicas. Su descripción detallada servirá como base para futuros estudios que tengan como objetivo utilizar manipulaciones genéticas para diseccionar funcionalmente el desarrollo en H. tubulosa.
Imagen: Nuevos métodos de extracción de gónadas y maduración de ovocitos en H. tubulosa. Crédito: Frontiers in Ecology and Evolution (2024). DOI: 10.3389/fevo.2024.1409174
Además, proporcionaron un ejemplo de cómo los científicos pueden utilizar larvas de equinodermos para estudiar la diversificación de estructuras anatómicas en organismos estrechamente relacionados. En este caso, utilizaron inmunotinción de serotonina para mostrar cómo la ubicación de las neuronas de serotonina difería entre los tipos de equinodermos. Por qué y cómo se produce esta diversificación es una cuestión abierta en la biología del desarrollo evolutivo.
"El pepino de mar es un animal fascinante y cuanto mejor lo entendemos, más valor tiene como organismo de investigación", afirmó Perillo. "Mi plan es ahora desarrollar herramientas genéticas para ayudar a caracterizarlo aún más como un modelo de comparación emergente en evo-devo. Al mismo tiempo, este trabajo colaborativo sentó las bases para establecer una nueva especie de pepino de mar aquí en el MBL".
Publicaron recientemente sus protocolos en Frontiers in Evolutionary Developmental Biology: Larval development of Holothuria tubulosa, a new tractable system for evo-devo
