El nematodo Caenorhabditis elegans (C. elegans), un gusano que en vida adulta mide un milímetro de largo, cuyo genoma –compuesto por 20 mil genes– se parece en dos terceras partes al de un ser humano, es utilizado como modelo para entender mecanismos básicos del funcionamiento de nuestros cuerpos. Su organismo, transparente totalmente, cuyo desarrollo se puede observar en el microscopio, y un ciclo de vida de tres días, lo convierte en objeto de estudio para la biología del desarrollo.

Si los seres humanos tenemos 10 proteínas que hacen una función determinada, el gusano tiene de una a tres, por lo que es más fácil entender cómo funcionan y luego extrapolar ese mecanismo a nuestro funcionamiento; además, podemos ver procesos en vivo, manipular su genoma con la técnica Crispr/Cas9 para apagar la expresión de genes o expresar proteínas con proteínas fluorescentes, dijo Rosa Estela Navarro González, experta en el estudio de células y proteínas involucradas en el desarrollo de los ovocitos del C. elegans.

El nematodo es hermafrodita, aunque también se pueden usar cruzas de machos con hermafroditas. Su estudio sigue la evolución de células que darán origen a los óvulos desde que el gusano es un embrión hasta que se forma la gónada, el aparato reproductor del invertebrado adulto donde se producen los óvulos.

Se ha observado que en la embriogénesis y la primera etapa larvaria mueren 131 células después de realizar su función. En su laboratorio someten a C. elegans a dos tipos de estrés: hambruna y/o choques de calor para analizar qué papel juega la muerte celular programada o apoptosis en el desarrollo de esas células germinales.

Cuando sometemos a los gusanos a ayuno o choque de calor vemos que la apoptosis se eleva más y estudiamos mecanismos de activación de esa muerte. Otra línea de investigación es someter a los gusanos a estrés para estudiar la formación de gránulos en la gónada en los que se van ácidos ribonucleicos (ARN mensajero), dijo la doctora adscrita al Departamento de Biología Celular y del Desarrollo del Instituto de Fisiología Celular de la UNAM.

Edición genética más precisa

En 2002 se obtuvo el genoma completo de este gusano, desde entonces se han dado grandes pasos en su conocimiento. Cuando alcanza la madurez sexual tiene 959 células organizadas en epidermis, aparatos digestivo y reproductor, además de sistemas nervioso y muscular. El periodo de embriogénesis dura 14 horas y su crecimiento larvario se completa en tres días. Cada animal puede tener hasta 300 embriones transparentes que se desarrollan fuera de la madre y pueden observarse fácilmente.

Provocar mutaciones en nematodos en un blanco específico era un proceso que podía tardar años, pues se hacía al azar con químicos, en cada generación se mapeaba dónde había caído la mutación, en qué cromosoma, hasta llegar al gen que era el objetivo. Hoy día es mucho más rápido, económico y fácil con la técnica de edición de ácido desoxirribonucleico Crispr/Cas9.

Con el Crispr/Cas9 interrumpimos la expresión de un gen. Esto se logra en un mes, dependiendo de qué tan accesible sea ese gen, porque a veces están muy empacados y no es fácil para la proteína Cas9 (que funciona como tijera al cortar el genoma en un lugar determinado) dar con el blanco. Una vez hecho el corte, la célula repara y cierra, introduciendo las mutaciones, o si en la inyección proporcionamos el ADN de la proteína verde fluorescente podemos insertarlo para observar la expresión del gen, explicó la doctora en entrevista para la Academia Mexicana de Ciencias.

Se puede silenciar un gen o hacer que se exprese otro en 30 días, porque aun cuando un gusano pasa en tres días de embrión a adulto con capacidad de reproducirse, el blanco que contiene la información genética deseada se expresa hasta la tercera o cuarta generación. Con la mutación deseada, se espera otra generación para asegurar que todos los descendientes la lleven. Luego se manda a secuenciar su genoma, lo cual tarda una semana.

“Con la técnica Crispr/Cas9 encontramos que la proteína TIAR1 se requiere para que haya apoptosis o para que se formen los gránulos en la gónada de los gusanos, este hallazgo lo encontramos al interrumpir la expresión de ese gen, estudiamos a los C. elegans y vimos que ya no se formaban los gránulos o que ya no se morían las células. Poniéndole un marcaje verde fluorescente vimos en dónde se expresaba la proteína”, comentó la doctora Navarro.

TIAR1 está conservada en mamíferos, se sabe que participa en la formación de gránulos y para que se dé la apoptosis, pero no se sabe más. A la experta y su grupo de investigación les interesa saber qué le podría pasar a un humano si no la tuviera.

Alumnos de Navarro averiguaron cómo utilizar Crispr/Cas9 en el laboratorio, pues contaban con las herramientas necesarias, sólo consultaron artículos científicos donde se describe cómo usarlo y resolvieron dudas mediante contactos en el extranjero. Generaron las primeras mutantes en el laboratorio universitaria. La investigadora destacó que siendo más eficaz que otras técnicas, como el RNA de interferencia, no es infalible, ya que puede haber blancos inespecíficos. Este problema es mayor un mamífero, cuyo genoma es más complejo y la posibilidad de cortar fuera del gen blanco es alta.