Un investigador revela importantes lecciones de organismos poco usuales
Durante un recorrido por el Laboratorio de Biología Marina en Woods Hole, Massachusetts, Corey Allard observó algo extraño: los peces usaban seis apéndices similares a patas para "caminar" por el fondo de su tanque.
A Allard le intrigó saber que los científicos sospechaban que los apéndices eran órganos sensoriales que ayudaban a los peces, llamados petirrojos marinos, a palpar la arena en busca de presas. Su intriga se acentuó al descubrir que casi no se sabía nada sobre los petirrojos marinos, salvo un par de artículos de la década de 1970.
Al poco tiempo, se encontraba estudiando a este extraño pez.
El encuentro inició a Allard en un viaje de investigación que culminó con su nombramiento como profesor adjunto de biología celular en el Instituto Blavatnik de la Facultad de Medicina de Harvard. Allard, quien inauguró su laboratorio el otoño pasado, adopta un enfoque impulsado por la curiosidad para estudiar una variedad de especies, buscando revelar principios biológicos básicos, algunos de los cuales en última instancia pueden tener aplicaciones para la medicina o la industria.
En una conversación con Harvard Medicine News, Allard compartió más sobre el valor de centrarse en organismos inusuales, por qué le entusiasma unirse al profesorado de una facultad de medicina y qué podría perder el campo a medida que la financiación federal para la investigación —que ha sido una fuente de apoyo para su investigación— se enfrenta a un futuro cada vez más incierto.
¿Qué estudias y por qué?
Estudiamos especies que poseen algún rasgo o comportamiento inusual, algo que nos hace reflexionar y preguntarnos cómo funciona exactamente. Algo que desafía nuestras suposiciones biológicas. Luego intentamos aprender de esa especie, a menudo en términos de moléculas y células. Nos preguntamos cómo desarrolló la especie ese rasgo o comportamiento y cómo funciona. De esta manera, podemos abordar cuestiones más amplias relacionadas con la neurociencia, la evolución y la biología comparada. El objetivo a largo plazo es profundizar nuestro conocimiento de la biología básica para que nos ayude a comprender las enfermedades y desarrollar nuevos tratamientos.
Imagen: Corey Allard, profesor adjunto de biología celular en la HMS. Imagen: cortesía de Allard.
El famoso fisiólogo August Krogh desarrolló un principio que establece que, para cualquier pregunta científica, existe un organismo ideal para estudiarla. Damos la vuelta al principio de Krogh al argumentar que la mayoría de los organismos inusuales tienen algo importante que enseñarnos.
Hemos estudiado numerosas especies inusuales, como cefalópodos, petirrojos y, más recientemente, un notable linaje de babosas marinas. En cada caso, hemos identificado una especie que consideramos útil para plantear una pregunta que no podría plantearse con organismos de investigación más convencionales, como ratones o peces cebra.
¿Cómo te interesaste por los animales inusuales?
Siempre me han fascinado los animales y su funcionamiento, pero no me di cuenta de que estudiar animales podía ser una profesión hasta la universidad. Durante mi licenciatura, fui voluntario en un laboratorio que estudiaba el pez de hielo antártico, un pez que no tiene glóbulos rojos; básicamente, ha desarrollado anemia. Estábamos usando los peces para identificar genes involucrados en la formación de glóbulos rojos. Gracias a esta investigación, me interesé en la estrategia de la biología comparativa y en el uso de especies con rasgos inusuales para comprender la biología y la medicina, básicamente analizando los extremos o las excepciones.
¿Qué temas se pueden estudiar analizando los extremos y las excepciones?
Hay una amplia gama de ellos. Por ejemplo, como investigador postdoctoral en el laboratorio de Nicholas Bellono en la Universidad de Harvard, estudié la organización y función del sistema nervioso en pulpos y calamares. Estos organismos tienen sofisticados sistemas nerviosos que sustentan comportamientos complejos pero están organizados de una manera radicalmente diferente a otras especies, incluidos los humanos, y por lo tanto desafían nuestra comprensión de cómo funcionan los sistemas nerviosos.
Nos centramos en los sistemas sensoriales, en concreto en las ventosas que los pulpos y calamares tienen en sus brazos y tentáculos. Se conocen desde hace mucho tiempo, pero nadie entendía su funcionamiento sensorial. Planteamos preguntas básicas, como: ¿Qué son los receptores sensoriales en las ventosas? ¿Cómo se conectan estas células al sistema nervioso? ¿Cómo median las ventosas comportamientos exclusivos de los cefalópodos?
El uso de cefalópodos para aprender sobre la función básica de los sistemas nerviosos se alinea con nuestro objetivo principal: descubrir principios fundamentales que puedan aplicarse ampliamente a muchas especies. Al comparar especies, podemos descubrir principios fundamentales que operan en todos los sistemas. Este tipo de información puede aplicarse a la medicina o la industria.
¿Qué está aprendiendo en su investigación sobre los petirrojos marinos?
Los petirrojos marinos son un ejemplo realmente interesante de un rasgo novedoso en la evolución. El origen de estos rasgos novedosos ha sido durante mucho tiempo una pregunta clave en biología, pero es difícil de estudiar debido a la escasez de buenos ejemplos, especialmente en vertebrados. Los petirrojos marinos resultaron ser una especie excelente para abordar esta cuestión.
Queremos comprender todo lo que hay que saber sobre las patas del petirrojo marino, incluyendo qué son, cómo funcionan como órganos sensoriales, cómo se desarrollan y cómo evolucionaron. Una vez que una especie desarrolla un nuevo órgano sensorial, un gran misterio es cómo se integra y controla dicho órgano en el sistema nervioso. Hemos descubierto que los petirrojos marinos tienen regiones adicionales en el cerebro y la médula espinal dedicadas a controlar y procesar la información sensorial de sus patas.
Imagen: Un petirrojo marino moviéndose en su entorno arenoso. Vídeo: Brittany Walsh/Bellono Lab
Este es un gran ejemplo de investigación que solo podía realizarse con una especie específica. Tuvimos que estudiar a los petirrojos marinos para investigar cómo evoluciona un nuevo órgano sensorial.
¿Qué técnicas utilizas en tu investigación?
No utilizamos una sola técnica. Nuestra curiosidad a menudo nos lleva por caminos inusuales, y tenemos que adaptarnos, así que intentamos usar cualquier técnica necesaria, ya sea secuenciación de ARN, bioinformática, histología, microscopía o electrofisiología. Además, como nuestras especies no son organismos modelo, no cuentan con un conjunto amplio de herramientas, así que debemos desarrollar las nuestras. Siempre hay alguna herramienta que debemos aprender o trabajar con colaboradores. De hecho, prácticamente todos nuestros proyectos son colaborativos de alguna manera.
Por ejemplo, colaboramos con el laboratorio de Rachel Wolfson en nuestro departamento en nuestro proyecto sobre el petirrojo marino. Mi laboratorio ha descubierto que los petirrojos marinos tienen enormes ganglios espinales (grupos de neuronas sensoriales) que se extienden hasta sus patas. Creemos que estos ganglios espinales son una de las partes especiales de su sistema nervioso. El laboratorio de Rachel estudia cuestiones similares sobre la sensibilidad interna en ratones, así que hemos estado trabajando juntos para comprender la función y la evolución de las células sensoriales: por qué un pez puede ser de una manera y un ratón de otra.
¿Cómo llegaste a la facultad de medicina?
En muchos sentidos, probablemente no soy la persona adecuada para una facultad de medicina. En resumen, nos interesan las funciones básicas de las células y las moléculas en todos estos contextos diferentes. Cuando comencé a pensar en los tipos de científicos que quiero tener cerca, me emocioné por estar cerca de personas que piensan profundamente sobre estos temas y que son expertos en moléculas y células y en las poderosas técnicas como la proteómica que podemos usar para estudiarlas.
Desde esa perspectiva, aunque abordamos estas cuestiones de maneras muy diferentes, el personal de mi laboratorio tiene mucho en común con el de HMS y del Departamento de Biología Celular.
¿En qué otros proyectos estás trabajando?
Uno de mis principales proyectos actuales se centra en dos linajes asombrosos de babosas marinas. Ambos roban partes celulares de otras especies y las utilizan en sus propios cuerpos.
Una babosa se alimenta de algas específicas y les roba sus cloroplastos, los orgánulos que las plantas verdes utilizan para producir alimento mediante la fotosíntesis. Luego, en lugar de digerir los cloroplastos, la babosa los introduce en sus propias células y los utiliza para realizar la fotosíntesis.
La otra babosa se alimenta de anémonas de mar y roba los orgánulos urticantes. La babosa incorpora estos orgánulos a sus células, lo que le da la capacidad de picar.
Queremos comprender la biología básica de cómo las babosas roban, mantienen y utilizan orgánulos de otras especies. Además, si podemos aprender a diseñar otros tipos de células para que hagan esto en el laboratorio, podría haber aplicaciones médicas o industriales.
Imagen: Una babosa marina realiza la fotosíntesis con cloroplastos extraídos de las algas que consume. Crédito: Corey Allard
¡Qué interesante! Parece un videojuego
Exactamente. Y ese es el tipo de cosas que me entusiasman.
Tenemos otros proyectos que son variaciones sobre el tema del estudio de rasgos y comportamientos novedosos, pero aún es pronto, así que no sabemos cómo resultarán. Hay mucho más por venir.
¿Por qué es tan esencial la financiación federal en su campo?
A menudo escucho que si nuestra ciencia fuera importante, podríamos conseguir que una empresa la pagara, lo que se basa en la idea de que toda investigación importante está directamente relacionada con el desarrollo de algo que será rentable a corto plazo, como un nuevo fármaco. Pero hemos visto una y otra vez que muchos de los mayores avances científicos surgieron de personas que realizaron investigaciones básicas que inicialmente no tenían una aplicación inmediata clara.
Este tipo de investigación, que incluye la de mi laboratorio, requiere apoyo federal. Es un tipo de investigación que necesitamos urgentemente y que me temo que perderemos si desaparece la financiación federal.
