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Un plan para regenerar extremidades
A su manera, la salamandra ajolote es una bestia poderosa. Córtale la pierna y la criatura con branquias crecerá una nueva. Congele parte de su corazón y el órgano se formará de nuevo. Talle la mitad de su cerebro y seis meses después, la otra mitad habrá brotado en su lugar. Puedes hacerle cualquier cosa excepto matarlo, y se regenerará, dice Gerald Pao, investigador postdoctoral en el Instituto Salk de Estudios Biológicos, en La Jolla, CA.
Extremidades en crecimiento: La salamandra ajolote es uno de los únicos vertebrados que puede volver a crecer extremidades enteras en la edad adulta. Los científicos ahora están secuenciando partes de su genoma inusualmente grande para comprender la base genética de esta capacidad.
Ese extraordinario poder de regeneración inspiró a Pao y a su colaborador Wei Zhu, también en el Instituto Salk, a sondear el ADN de la salamandra ajolote. A pesar de décadas de investigación sobre la salamandra, se sabe poco sobre su genoma. Eso comenzó a cambiar el año pasado, cuando Pao y sus colaboradores ganaron mil millones de bases de secuenciación gratuita de Roche ciencia aplicada , con sede en Penzberg, Alemania. Ahora que los datos están disponibles, los científicos finalmente pueden comenzar la búsqueda del programa genético que dota al animal de sus capacidades únicas.
Si bien todos los animales pueden regenerar tejido hasta cierto punto (podemos desarrollar músculos, huesos y nervios, por ejemplo), las salamandras y los tritones son los únicos vertebrados que pueden desarrollar órganos enteros y miembros de reemplazo en la edad adulta. Cuando una pierna se pierde debido a una lesión, las células cercanas a la herida comienzan a desdiferenciarse, perdiendo las características especializadas que las convertían en células musculares o óseas. Luego, estas células se replican y forman un brote de extremidad, o blastema, que pasa a hacer crecer una extremidad de la misma manera que se forma durante el desarrollo normal.
Los científicos han identificado algunas de las señales moleculares que juegan un papel clave en el proceso, pero se desconoce el modelo genético que subyace a la regeneración. Los investigadores esperan que al descubrir estos trucos moleculares, puedan finalmente aplicarlos a los humanos para regenerar el tejido cardíaco o cerebral dañado, y tal vez incluso desarrollar nuevas extremidades.
Para identificar rápidamente las secciones del genoma de la salamandra involucradas en la regeneración, los científicos secuenciaron los genes que se expresaron más durante la formación y el crecimiento de las yemas de las extremidades. Descubrieron que al menos 10.000 genes se transcribieron durante la regeneración. Aproximadamente 9.000 de ellos parecen tener versiones humanas relacionadas, pero parece que hay algunos miles más que no se parecen a los genes conocidos. Creemos que muchos de ellos son genes que evolucionaron de manera única en las salamandras para ayudar con este proceso, dice Randal Voss , biólogo de la Universidad de Kentucky, que está trabajando en el proyecto.
Los investigadores ahora planean hacer un chip genético diseñado para detectar niveles de algunos de estos genes candidatos, de modo que los científicos puedan determinar exactamente en qué punto durante el proceso de regeneración se activan los genes. El equipo también está desarrollando herramientas moleculares que les permiten silenciar genes específicos, lo que les permitirá identificar aquellos que son cruciales para un recrecimiento adecuado.
Los científicos también secuenciaron fragmentos aleatorios del genoma de la salamandra. Con aproximadamente 30 mil millones de bases y 10 veces el tamaño del genoma humano, es uno de los más grandes entre los vertebrados. La mayoría de los científicos esperaban que el ADN adicional estuviera compuesto por ADN basura, largos tramos de bases entre genes. Pero los hallazgos iniciales fueron sorprendentes. Los genes son en promedio de 5 a 10 veces más grandes que los de otros vertebrados, dice Voss. Se estima que la región del genoma que contiene genes es de más de dos gigabases, que es tan grande como algunos genomas completos.
Las secuencias de ADN adicionales se encuentran dentro de los genes y se eliminan durante la traducción de un gen a una proteína. Gran parte de este ADN comprende secuencias repetitivas que no se han encontrado en ningún otro organismo hasta la fecha, dice Pao. Sin embargo, aún no está claro si estos estiramientos repetitivos ayudan a facilitar la regeneración o juegan algún otro papel en el ciclo de vida de la salamandra.
Una de las preguntas clave que aún no se ha respondido es si la salamandra tiene propiedades genéticas únicas que permiten la regeneración o si todos los animales tienen esa capacidad innata. Si obtenemos un gen totalmente único que solo está presente en el ajolote, eso haría que sea realmente difícil de replicar, dice. David Gardiner , biólogo de la Universidad de California, Irvine, que también colabora en el proyecto. Prefiere pensar que la regeneración proviene de una habilidad fundamental que permanece inactiva en los mamíferos, que podría reactivarse con un simple estímulo genético. La mayor parte del tejido de nuestro brazo se regenera; es solo el brazo que no se regenera, dice. Lo que falta es cómo coordinar una respuesta para obtener una estructura integrada.