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‘Top models’ de la ciencia: descubre a los seres vivos más utilizados en el laboratorio

Por Mar Gulis (CSIC)

Entre probetas, microscopios o tubos de ensayo, camuflados o a la vista, podrías encontrarlos en cualquier parte de un laboratorio. Hablamos de una bacteria del intestino humano, de la mosca de la fruta y del ratón; tres especies en principio poco llamativas, o incluso molestas. Sin embargo, la ciencia utiliza estos ‘bichitos’ como modelos de los seres vivos desde hace años. Gracias a ellos, se han hecho importantes descubrimientos sobre los mecanismos de la vida o diseñado tratamientos contra el cáncer. Te invitamos a conocer desde tu casa a estos ‘top model’ de la investigación, que forman parte de la exposición virtual del CSIC Seres modélicos. Entre la naturaleza y el laboratorio.

1. La bacteria que se volvió famosa por cambiar la biología

Aunque a simple vista sea inapreciable, la bacteria Escherichia coli es la más conocida en los laboratorios. Inicialmente se llamó Bacterium coli por ser la bacteria común del colón. Comenzó a estudiarse por las infecciones que causaba, pero a mediados del siglo XX se convirtió en modelo biológico gracias a su estructura sencilla, rápido crecimiento y los medios empleados para su cultivo, que aumentaron las posibilidades experimentales. Su utilización permitió hallar algunos de los principios básicos de la vida, pero E. coli alcanzó el estrellato con el descubrimiento de la técnica de ‘corta y pega’ del ADN, en la cual se usan enzimas para quitar e insertar segmentos de código genético y que supuso el inicio de la ingeniería genética. Hoy en día se emplea en la selección de genes concretos, estudiados posteriormente en otros organismos más complejos.

Micrografía electrónica de Escherichia coli a 10.000 aumentos.

Esta bacteria sabe mucho de los seres humanos. El genoma de E. coli, compuesto por cerca de 4.300 genes, contiene una séptima parte de nuestros genes. Además, habita en el intestino humano, donde forma parte junto a cientos de especies de la mibrobiota intestinal –también conocida como flora intestinal–, que cumple un papel fundamental en la digestión y en la defensa frente a patógenos.

E. coli es un instrumento más del laboratorio. El interés de su investigación reside todavía en las infecciones, ya que cada vez existe una mayor resistencia a los antibióticos, pero también en los mecanismos que se ponen en marcha al dividirse la célula, y cuyo mejor conocimiento permitiría diseñar, con ayuda de técnicas genómicas, fármacos con menor resistencia.

2. ¿Cómo conseguir la apariencia de una mosca?

Imagina lo molesto que resulta el zumbido de una mosca al merodear por nuestras cabezas. A partir de ahora puede que cambies de opinión cuando descubras que las moscas del vinagre o de la fruta (Drosophila melanogaster) son usadas como modelo en biología animal. Es habitual verlas en cualquier lugar, pero son más abundantes en terrenos agrícolas, cuando hace buen tiempo y, desde hace más de un siglo (esta especie se estudió por primera vez en 1901), también en los laboratorios. Saber de la mosca significa saber del ser humano porque ha sido clave en investigaciones sobre enfermedades neurodegenerativas, tumores y metástasis.

Visión dorsal y lateral de un macho y una hembra de Drosophila melanogaster. / Benjamin Prud’homme. Institut de Biologie du Développement de Marseille-Luminy. Parc Scientifique de Luminy.

Uno de los objetivos de su estudio es conocer cómo este pequeño insecto consigue su apariencia. La secuenciación de los genomas ha permitido determinar que la mayoría de genes de la mosca de la fruta son homólogos a los humanos. Por tanto, investigando los genes de esta mosca, que es un modelo de experimentación mucho más simple, se puede tener una idea de la acción de los genes en los humanos.

Sin duda su filón para la genética es más que evidente, y no solo porque el genoma de la mosca del vinagre alberga alrededor de 13.600 genes, un tercio de los que contiene el genoma humano. Además, a partir de cruces entre más de 100 tipos de moscas, el investigador Thomas H. Morgan (1866-1945) estableció que los caracteres se encuentran en los cromosomas y se heredan de generación en generación. Con ello dio lugar a la teoría cromosómica de la herencia, que le hizo merecedor del Nobel de Medicina en 1933.

3. ¡Roedores en el laboratorio!

Llaman la atención por su par de dientes incisivos y por su minúsculo tamaño. Los encontrarás en bosques, en tu ciudad y, cómo no, en un laboratorio. Así son los ratones, o Mus musculus si atendemos a su nombre científico. Utilizados como objeto de experimentación, desde hace más de un siglo son piezas clave en el estudio de la diabetes, el cáncer o los trastornos neurológicos; incluso los misterios del cerebro se exploran antes en los ratones que en el ser humano. Entre la comunidad científica hay quien los llama ‘seres humanos de bolsillo’.

En el año 2002 se dio a conocer la secuencia de su genoma, la primera de un mamífero: con cerca de 30.000 genes, aproximadamente los mismos que nuestra especie, el 99% de estos tiene su homólogo humano. Además, en ellos se reproducen enfermedades humanas como la obesidad o el párkinson, se realizan pruebas de toxicidad y se ensayan terapias futuras con células madre o nuevos materiales. Estos experimentos se han podido llevar a cabo a partir de ratones transgénicos y knock outs, es decir, aquellos producidos con un gen inactivado en todas sus células. En todos los casos, se han utilizado solo ratones machos para evitar que las hormonas sexuales afecten a los resultados.

Foto publicitaria del Jackson Laboratory. De izquierda a derecha, George Woolley, Liane Brauch, C.C. Little, desconocido y W.L. Russell. Década de 1940. / Cortesía del Jackson Laboratory.

Cuando las voces en contra de la experimentación animal comenzaron a alzarse, la defensa de los ratones no formó parte de las primeras reivindicaciones. La regulación llegó al mundo de los roedores con normativas y protocolos a nivel europeo. En ellas se establece que se debe reemplazar al ratón por otro sistema cuando sea posible y reducir el número de individuos en la investigación, para evitar así el sufrimiento animal.

E. coli, la mosca del vinagre y el ratón son solo algunos de las especies más comunes utilizadas como modelo. La muestra Seres modélicos. Entre la naturaleza y el laboratorio, cuyos contenidos puedes consultar online y descargar en alta calidad desde casa, se ocupa también de organismos como la levadura de la cerveza, un gusano minúsculo del suelo, una hierba normal y corriente y un pez de acuario. Elaborada originalmente por la Delegación del CSIC en Cataluña y ampliada en el marco del proyecto de divulgación Ciudad Ciencia, la exposición se complementa con entrevistas a especialistas en cada uno de estos seres modelo.

Cómo llevar un río al laboratorio

Por Mar Gulis

Cerca de 25.000 kilómetros de los cursos fluviales de España, algo así como el 33% del total, están muy contaminados, según indican varios estudios científicos. Los ríos son uno de los ecosistemas acuáticos más amenazados por las actividades humanas. El vertido de aguas domésticas o residuales insuficientemente tratadas o la llegada de pesticidas utilizados en la agricultura empeoran la calidad química del agua, afectando a los organismos que habitan en los ríos.

Detalle recogida porta sustratos

Detalle de la recogida de un porta sustratos, cerca del nacimiento del río Gállego.

Y el papel de estos organismos no es baladí: contribuyen al buen estado de sus aguas e incluso procesan parte de los vertidos y contaminantes que llegan al río; es decir, son parte imprescindible del proceso de autodepuración del río. Precisamente, su estudio en el laboratorio permite predecir el impacto sobre ecosistemas acuáticos de determinados contaminantes y otros factores ligados al cambio climático, como el incremento de la temperatura o la radiación ultravioleta. Pero, ¿cómo se lleva un río al laboratorio?

Quienes se encargan de hacerlo son los ecotoxicólogos fluviales. En el Instituto Pirenaico de Ecología del CSIC son quienes valoran el estado de los ríos y miden los compuestos químicos que puedan resultar perjudiciales para la salud del río. Para hacerlo, estudian los organismos que habitan en ellos, como las algas o los insectos. Las algas están expuestas a todos los compuestos químicos transportados por el agua del río. Además, al estar ‘fijas’ en un lugar determinado del río (adheridas a una piedra, por ejemplo), permiten conocer qué cosas han sucedido en ese punto, como qué compuestos químicos había en el agua durante el periodo en el que han crecido.

Vista canales artificiales en el laboratorio

Vista lateral de los canales artificiales en funcionamiento, iluminados con fluorescentes que simulan la luz solar.

En este sentido, estos microorganismos actúan como indicadores de la calidad del agua, ya que la presencia o ausencia de las diferentes especies es una señal de la presencia o ausencia de determinados contaminantes.

Como los investigadores no se pueden llevar ni el río ni las piedras al laboratorio, utilizan sustratos artificiales. Estos son trocitos de plástico que se insertan en unas estructuras para que no se los lleve la corriente del río. Se dejan un tiempo en el río y se recogen cuando las algas han crecido sobre ellos. Una vez en el laboratorio los sustratos y sus algas son depositados en canales artificiales con agua del río, y sometidos a las mismas condiciones de luz, velocidad, etcétera, que se utilizarán durante los experimentos.

Una vez en el laboratorio se recrean diferentes situaciones. Por ejemplo, para medir el efecto o la toxicidad de un determinado compuesto se comparan los microorganismos de varios canales: en uno de ellos se deja el agua limpia y en los demás se añaden diferentes cantidades del tóxico que se quiere estudiar. Al medir y comparar la fotosíntesis de unas algas con otras se puede conocer con mucha precisión cuánta cantidad del tóxico afecta al alga.

Si quieres saber más sobre cómo llevar un río al laboratorio échale un vistazo al vídeo realizado por el CSIC para dar a conocer sus líneas de investigación. El vídeo forma parte del proyecto de divulgación ‘Investiga con nosotros’, que cuenta con el apoyo de la FECYT.