El patrón corporal de la mayoría de los animales es básicamente bilateral y los tres grandes ejes corporales se definen muy pronto en el desarrollo: antero-posterior, dorso-ventral, izquierda-derecha. El eje próximo-distal de los apéndices y extremidades se define una vez el desarrollo está más avanzado. Paulatinamente, las células de cada territorio embrionario irán especificando su destino, hasta diferenciarse en un tipo celular particular en un lugar determinado. Así, el destino de cada célula se va refinando cada vez más. Estas decisiones son raramente tomadas por una única célula, normalmente se realizan en grupo, es decir, las células han de tomar decisiones de desarrollo en el contexto de las decisiones tomadas por sus vecinas (por medio de la comunicación celular).

Una gran parte de investigadores del desarrollo trabaja con animales llamados modelo. ¿Cuál es el mejor modelo de trabajo? La mayoría de las veces los modelos se escogen por motivos técnicos, históricos o antropocéntricos. Lo que sabemos a principios del siglo XXI, es que los resultados obtenidos en un sistema modelo permiten generalizar cómo se llevan a cabo los procesos de desarrollo. En los vertebrados, los modelos más utilizados son el pollo, el ratón, el sapo Xenopus laevis y el pez-cebra. Entre los invertebrados, el modelo por excelencia es la mosca del vinagre (Drosophila melanogaster), aunque actualmente está en plena expansión el estudio del nematodo llamado Caenorhabditis elegans. Cada modelo tiene sus ventajas e inconvenientes.

La gran ventaja de la mosca Drosophila ha sido, y es, que permite realizar análisis genéticos. Ya desde la década de 1920, se obtienen artificialmente moscas mutantes con los más variados fenotipos. Algunos de ellos, son debidos a mutaciones que intervienen durante el desarrollo. Un ejemplo es el screening realizado por Christianne Nusslein-Volhard y Erich Wieschauss en 1980, que les llevó a obtener y compartir el premio Nobel con Edward Lewis en 1995. Produjeron y realizaron un análisis sistemático de los mutantes con efecto materno (donde los genes de la madre depositan sus productos génicos en el oocito), y zigóticos (donde los genes responsables son los del zigoto), que afectaban los estadios iniciales del desarrollo.

Esto les permitió identificar genes principales responsables de los estadios primarios, en los que se toman las decisiones respecto a los ejes principales del organismo.

Actualmente, induciendo mutaciones con elementos transposones, cualquier laboratorio puede realizar todo el proceso: inducir mutaciones al azar, analizar los mutantes de interés, clonar el gen mutado y buscar su perfil de expresión durante el desarrollo embrionario en un organismo normal. Luego, dada toda la información disponible, se puede intentar cruzar el mutante en cuestión con otras cepas disponibles con fenotipos relacionados, y así dilucidar la red génica responsable de un proceso determinado. Es imposible enumerar todas las nuevas técnicas de análisis genético-molecular disponibles actualmente en Drosophila, que van desde la posibilidad de activar un gen particular en un lugar específico en un momento dado, o al revés, es decir, inactivar un gen en el lugar y momento deseados.

Además, desde hace unos meses se dispone de la secuencia completa del genoma de Drosophila, lo que acelera de forma considerable la interpretación de resultados en el caso del clonaje de genes responsables de uno u otro fenotipo. Otra gran ventaja de Drosophila es su corto ciclo de vida, de manera que, en el espacio de sólo unas semanas, se puede obtener una gran cantidad de embriones.

Dos factores clave han permitido la utilización de toda una serie de nuevos modelos de invertebrados durante el último decenio. El primero es la posibilidad de aislar genes de un organismo parecidos a un gen conocido de otro, mediante la hibridación de ácidos nucleicos o a partir de las técnicas de PCR*. El segundo es el hecho de que muchos genes importantes para el desarrollo están bastante conservados en animales muy diversos (más información). Entre los invertebrados, el nuevo modelo es el nematodo Caenorhabditis elegans, del cual conocemos casi todo: su genoma ha sido recientemente secuenciado, es un organismo muy pequeño, con aproximadamente 1000 células de las que conocemos perfectamente su linaje celular (qué célula proviene de cuál durante el proceso de desarrollo). Estas dos características hacen de este organismo una herramienta muy importante en los estudios de biología del desarrollo.

Entre los vertebrados, los organismos clásicos de estudio han sido el pollo y el sapo Xenopus laevis, sobre todo por la facilidad de obtención de embriones accesibles a la manipulación experimental. En el caso de Xenopus laevis, es muy fácil obtener un gran número de embriones, que son, a su vez, de un tamaño muy grande, lo que permite realizar estudios bioquímicos en los que se necesita cantidades importantes de material de partida. Además la manipulación de embriones no es muy complicada, lo que permite estudiar transplante de regiones precisas y asociaciones de distintas partes del embrión en cultivo; estos experimentos llevaron, en 1969, a Niewkoop a demostrar la existencia de una zona responsable de la inducción del mesodermo (una de las tres capas embrionarias), también llamada centro de Niewkoop. Otra ventaja de este modelo es la posibilidad de sobreexpresar un gen determinado en el embrión en estadios muy temprano y obtener ulteriormente un renacuajo con una mitad del cuerpo normal (izquierda o derecha) y la otra mitad con el fenotipo producido por la expresión de nuestro gen de estudio.

En el caso del pollo las ventajas son múltiples. Los embriones son fácilmente accesibles y pueden manipularse in ovo. El embrión de pollo Gallus sp es muy moldeable y plástico, lo que permite realizar experimentos de ablación o sustitución de territorios con altas posibilidades de éxito. Permite, además, realizar expresiones ectópicas de genes (provocar su expresión en otros lugares que los de su expresión normal) en regiones específicas gracias a las recientes técnicas de sobreexpresión con retrovirus (RCAS) o a partir de electroporaciones del gen estudiado, o bien de proteínas embebidas en cuentas de sílice o expresadas por células a partir de injertos.

Los nuevos modelos de vertebrados estudiados actualmente son el ratón y el pez-cebra. El ratón presenta una clara ventaja antropocéntrica, se parece a los humanos y es el mejor modelo hasta ahora para el estudio de enfermedades humanas. Además, posee una ventaja técnica incontestable: es posible hacer genética. Hasta hace poco era el único vertebrado en el que se podía inactivar un gen in vivo, por recombinación homóloga, al generar lo que llamamos el ratón knock-out. A partir de las técnicas de transgénesis se pueden realizar expresiones ectópicas de un gen, así como el estudio de sus secuencias reguladoras. Es decir, podemos hacer lo contrario que con Drosophila. En el ratón, en lugar de observar los fenotipos mutantes e identificar el gen, se identifica primero el gen, se clona su DNA genómico, se inactiva por ingeniería genética (knock-out) y se observa su fenotipo. El inconveniente es que estas técnicas requieren muchísimo tiempo y son altamente costosas, por lo que sólo una parte de laboratorios pueden invertir en proyectos de este calibre.

El pez-cebra es un pez típico de acuario, con un ciclo de vida muy corto, fácil y económicamente cultivable. Es otro de los modelos en expansión en nuestros días. Tiene un embrión grande y transparente con el que la mayoría de técnicas moleculares funcionan muy bien. Gracias también a Christianne Nusslein-Volhard, que tuvo la iniciativa de realizar un screening de mutaciones genéticas en este organismo, actualmente se pueden realizar estudios genéticos del mismo estilo que los realizados previamente en Drosophila.

Los resultados obtenidos en distintos organismos durante los últimos años demuestran una gran conservación de los componentes genéticos, lo que ha llevado a postular la universalidad de los mecanismos de desarrollo, y los grandes esfuerzos científicos se centran en conocer esta universalidad. Pero parafraseando a Lewis Wolpert: "la paradoja es que la base de la evolución está precisamente en el cambio". - Cristina Pujades es profesora de biología molecular y celular del desarrollo de la Universidad Pierre y Marie Curie

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