Cómo surgió el tipo de células que dan a las medusas y anémonas su característico aguijón
Una de las mayores búsquedas de la biología es comprender cómo cada célula del cuerpo animal porta un genoma idéntico y, aun así, da lugar a un caleidoscopio de diferentes tipos de células y tejidos. Una neurona no se parece ni se comporta como una célula muscular, pero posee el mismo ADN.
Los investigadores creen que la clave está en cómo permiten las células la lectura de diferentes partes del genoma. Estos permisos se controlan mediante elementos reguladores, regiones del genoma que activan o desactivan genes. Una detallada descripción de cómo lo hacen se limita en gran medida a un puñado de organismos modelo clásicos, como ratones y moscas de la fruta.
Mapeo de elementos reguladores en anémonas de mar
Por primera vez, los investigadores han creado un mapa que explica cómo el genoma da lugar a diferentes tipos de células en la anémona de mar estrellada, Nematostella vectensis.
Las anémonas de mar, junto con las medusas y los corales, pertenecen a un grupo de animales llamados cnidarios. Se encuentran entre los primeros animales de la historia evolutiva, apareciendo por primera vez en la Tierra hace unos 500 millones de años.
El estudio analiza sistemáticamente la lógica reguladora que define la identidad celular en la anémona de mar Nematostella. En lugar de describir los tipos celulares mediante genes, el atlas describe los elementos reguladores que los construyen y mantienen. El estudio ofrece una visión de qué información secuencial del genoma codifica la actividad coordinada de estas redes reguladoras.
Imagen derecha: Paisajes de cromatina específicos del tipo celular en N. vectensis. Nature Ecology & Evolution (2025). DOI: 10.1038/s41559-025-02906-1.
Perspectivas sobre el desarrollo y la evolución celular
El mapa permite comparar los tipos celulares de una manera diferente. Agrupar las células según sus genes activos ayuda a clasificarlas según su función. Pero, sorprendentemente, agruparlas por elementos reguladores nos dice su historia de desarrollo, explicando de qué capa germinal embrionaria se originaron durante el desarrollo. Ese conocimiento abre la puerta a la exploración de cómo pueden surgir tipos de células similares a partir de diferentes orígenes de la capa germinal, no sólo en el desarrollo, sino también durante la evolución.
Por ejemplo, el estudio analizó dos tipos de células musculares que parecen similares, se contraen de forma similar y utilizan prácticamente los mismos genes, a pesar de provenir de diferentes capas embrionarias. El atlas reveló que los genes de estas células están controlados por elementos reguladores completamente diferentes.
"La expresión nos dice qué hacen las células, pero el ADN regulador nos dice de dónde vienen, cómo se desarrollan y de qué capa germinal se originan", explica la Dra. Marta Iglesias, investigadora postdoctoral del Centro de Regulación Genómica y coautora principal del estudio.
"Nuestro trabajo destaca el poder de combinar lecturas genómicas de células individuales con modelos de secuencias de aprendizaje profundo para decodificar la información reguladora contenida en estos genomas", añade la Dra. Anamaria Elek, investigadora postdoctoral del Centro de Regulación Genómica y coautora principal del estudio.
La importancia evolutiva de la regulación genética
Los cnidarios se encuentran entre los primeros animales en tener neuronas y células musculares, y también presentan un tipo celular único llamado cnidocito o cnidoblasto. Estas células contienen pequeñas estructuras similares a arpones que se utilizan para capturar presas y defenderse de los depredadores, así como la sensación de escozor que sentimos cuando tocamos una medusa o una anémona de mar.
Imagen: Micrografía de Nomarski de un nematocisto teñido con rojo rutenio de Aiptasia pallida, la anémona pálida. El colorante rojo tiñe las proteínas polianiónicas del veneno presentes en la cápsula de este nematocisto parcialmente descargado.
Para la evolución, las redes de regulación génica son una herramienta creativa. Esto significa que nuevos tipos de células y tejidos pueden surgir simplemente modificando los interruptores reguladores genéticos. Esto podría facilitar la evolución de la diversidad celular compleja, incluso en las primeras etapas de la historia animal. El trabajo sienta las bases para mostrar cómo surgió en primer lugar el tipo de células que dan a las medusas y anémonas su característico aguijón.
A medida que la comunidad investigadora construye más atlas de redes reguladoras en otros animales del árbol de la vida, incluidas las especies que carecen de cnidocitos, pueden comenzar a preguntarse qué partes de ese circuito son antiguas, qué partes son nuevas y qué cambió a medida que surgieron nuevos tipos de células.
"Este estudio abre un nuevo mundo de posibilidades. En el futuro, investigaremos la evolución celular animal comparando la información de las secuencias genómicas y, por primera vez, podremos hacerlo de forma sistemática y a gran escala", afirma el profesor de investigación ICREA Arnau Sebe-Pedrós, del Centro de Regulación Genómica de Barcelona.
Escala e implicaciones del descubrimiento
Los investigadores elaboraron el mapa estudiando 60.000 células individuales del cuerpo de la anémona de mar. Los obtuvieron de dos diferentes etapas de vida: alrededor de 52.000 de animales adultos completos y 7.000 de embriones en fase de gástrula, un momento temprano del desarrollo cuando aún se está formando el plan corporal básico. A partir de ahí, construyeron un catálogo detallado de 112.728 elementos reguladores.
La escala del descubrimiento es sorprendente, dado que Nematostella vectensis tiene un genoma de aproximadamente 269 millones de letras de ADN. Supera sustancialmente las estimaciones previas y se aproxima al mismo número de elementos reguladores reportados en la mosca de la fruta Drosophila, que tiene un tamaño de genoma similar de alrededor de 180 millones de letras de ADN, pero es parte de un linaje que no apareció en la Tierra hasta cientos de millones de años después.
El hallazgo sugiere que las herramientas para la regulación genómica en animales complejos existían mucho antes de que existieran los cuerpos complejos reales. Las reglas que permiten que nuestras neuronas se activen y nuestros músculos se contraigan hoy en día ya existían hace cientos de millones de años en animales que navegaban a la deriva en antiguos mares.
Los hallazgos se han publicado hoy en Nature Ecology & Evolution: Decoding cnidarian cell type gene regulation
