El pez cebra para premio Nobel

La semana pasada asistí a la primera reunión de una International Training Network (ITN) llamada FisForPharma que tiene como objetivo formar estudiantes predoctorales y científicos postdoctorales en el empleo del pez cebra para el estudio de enfermedades de los seres humanos. Hace ya años que se emplea para estudios de desarrollo embrionario. Pero recientemente se está utilizando cada vez más en estudios de cancer y respuesta inmune. En Europa también existe dsde hace unos años una acción COST llamada EuFishBioMed con fines similares a las de la ITN

Los peces cebra son vertebrados, como los ratones, y por lo tanto más cercano a los seres humanos que las moscas o los gusanos (zfish.uoregon.edu). Sin embargo, a diferencia de los ratones, los peces cebra son muy baratos de criar y mantener. Un pez cebra hembra normalmente produce centenares de óvulos en una sola puesta. Estos óvulos se fertilizan fácilmente. Los embriones resultantes, que son translúcidos, crecen fuera del cuerpo de la madre, así que se puede observar a los mutantes en cada etapa del desarrollo. Durante los primeros 7 días de vida es totalmente transparente. Por otra parte es relativamente sencillo preparar animales transgénicos.

Estas características del pez cebra, su similitud genética con los humanos (87%) y a su capacidad para regenerar tejidos dañados, lo convierten en un modelo óptimo para el estudio de la respuesta inmune en especies de interés en la  acuicultura y como modelo en distintos aspectos de biomedicina para estudiar enfermedades en el ser humano, como la leucemia y el melanoma.

El pez cebra,  (Danio rerio), es una de las estrellas en ascenso en estudios de genómica. Los peces tropicales de este tipo son comunes en las peceras domésticas, pero a pesar de que investigadores en Oregon comenzaron a estudiarlos en los años 80, los peces cebras fueron generalmente ignorados por los biólogos hasta que Christiane Nüsslein-Volhard, tenaz científica alemana, los hizo conocidos.

Nüsslein-Volhard había impulsado la búsqueda sistemática de mutantes de Drosophila (por la cual compartió el premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1995). Al comienzo de los años 90, inició un examen genético igualmente ambicioso en peces cebras mutantes. Para 1996, su equipo en el Instituto Max Planck, en Tübingen, y otro grupo dirigido por Wolfgang Driever y Mark Fishman, del Hospital General de Massachusetts, en Boston, habían reunido más de 1.800 mutantes del pez cebra con defectos específicos en la sangre, el riñón o en la formación del corazón.

Leonard Zon, en cuyo laboratorio de Harvard  trabajé en el año 2006,  consiguió de Nüsslein-Volhard  algunos peces cebras mutantes. Ella le dio 39 embriones mutantes que normalmente no podían formar glóbulos rojos; se podía observar bajo el microscopio que sus glóbulos rojos eran demasiado pálidos o demasiado escasos. El equipo de Zon apareó a los peces cebras mutantes entre sí y después analizó a su descendencia. Pronto, los investigadores encontraron equivalentes en los peces de tres enfermedades sanguíneas humanas: porfiria, condición genética en la cual los glóbulos rojos explotan, causando una anemia severa; otra forma de anemia congénita; y talasemia, que resulta de defectos en la producción de hemoglobina. De hecho, se descubrió que seis cepas distintas de pez cebra tenían algún equivalente de la talasemia humana

Además, el pez cebra ofrece grandes posibilidades para la aplicación de nuevas tecnologías de genómica y proteómica, de ahí que con frecuencia en nuestros estudios empleemos herramientas ya desarrolladas y otras ya disponibles, como microarrays y los estudios de RNA seq

Por ejemplo se puede modular la expresión de genes mediante el uso de morfolinos y con la que podemos comprobar con relativa facilidad cómo funcionan los genes. El morfolino es un derivado de un ácido nucleico natural, con la diferencia de que usa un anillo de morfolina en vez del azúcar, conservando el enlace fosfodiéster y la base nitrogenada de los ácidos nucleicos naturales. Se usan con fines de investigación, generalmente en forma de oligómeros de 25 nucleótidos. Se usan para hacer genética inversa, ya que son capaces de unirse complementariamente a pre-ARNm, con lo que se evita su posterior procesamiento.

«Un  microarray es una superficie sólida a la cual se une una colección de fragmentos de ADN. Las superficies empleadas para fijar el ADN son muy variables y pueden ser de vidrio, plástico e incluso de silicio. Se usan para analizar la expresión diferencial de genes, monitorizándose los niveles de miles de ellos de forma simultánea. Su funcionamiento consiste, básicamente, en medir el nivel de hibridación entre la sonda específica (probe, en inglés), y la molécula diana (target), indicándose generalmente mediante fluorescencia y analizándose por análisis de imagen, lo cual nos indicará el nivel de expresión del gen.»

«Suelen utilizarse para identificar genes con una expresión diferencial bajo condiciones distintas. Por ejemplo, para detectar genes que producen ciertas enfermedades mediante la comparación de los niveles de expresión entre células sanas y células que están desarrollando ciertos tipos de enfermedades.” (Wikipedia)

RNA-seq, también conocido como «Whole Transcriptome Shotgun Sequencing» («WTSS») se emplea técnicas de secuenciación de alto rendimiento para secuenciar el ADN complementario generado a partir del ARN mensajero. Es una técnica que se esta extendiendo cada vez más en los estudios de transcriptómica. Las nuevas técnicas de secuenciación de alto rendimiento permit, entre otras actuaciones, evaluar la abundancia de los distintos transcritos, la diferencia de expresión de alelos, detectar mutaciones post-transcripcionales.

¿Habrá pronto alguien que reciba el premio Nobel por sus trabajos con el pez cebra?