¿El tamaño importa al experimentar? | Modelos animales (I)

Buenas otro miércoles más, terrícolas :)

La semana pasada al preguntarnos hacia dónde se dirige la experimentación recapitulamos desde la prehistoria hasta la encuesta del Eurobarómetro de 2016. Seguimos buscando la respuesta y para eso necesitamos saber qué se considera un animal de experimentación. Buscar una definición técnica es difícil. Al final, aplicando la navaja de Ockham* nos hemos decantado por esta:

“Animal de laboratorio: cualquier especie animal utilizada en laboratorios con fines científicos” (1).  

Como es esperable, existen múltiples animales que podemos usar en el ámbito de la investigación. Uno de los más sencillos (pero no por ello menos empleado) es el gusano conocido como Caenorhabditis elegans. Este fue el primer metazoo* del que se secuenció el genoma. Además, se ha mapeado por completo la ruta de desarrollo celular y se han determinado las redes de conexión neuronales (2). Este nematodo* tan solo mide 1 milímetro y posee un cuerpo transparente que facilita la visualización de diferentes procesos biológicos mediante técnicas de microscopía. Los adultos pueden presentar dos formas sexuales: hermafrodita o masculina, aunque la mayoría presenta el fenotipo hermafrodita (esperma y ovarios). Gracias a sus ventajas económicas (3), entre otras, han sido muy usados, por ejemplo, en el estudio de la diabetes tipo 2 (4)  y la función sináptica neuronal, al presentar una clara analogía con los humanos (5). 

C. elegans. Fuente de la imagen

En orden ascendente de tamaño encontramos a la mosca de la fruta, Drosophila melanogaster. Este es el modelo que yo, Anabel, emplearé en mi trabajo de fin de grado. Mi  objetivo es estudiar los mecanismos celulares de reparación frente a la irradiación. La radiación está presente en nuestro día a día, nuestro planeta la está recibiendo constantemente. Bien lo sabe Laika. La mayoría de la población no está expuesta a dosis peligrosas. Sin embargo, hay ciertos perfiles de mayor riesgo, como los astronautas, trabajadores de plantas de energía nuclear y personal sanitario. Las afecciones médicas asociadas dependen de la dosis, desde las más leves como quemaduras de piel hasta el desarrollo de cáncer. Conocer estos mecanismo no es trivial(6).

Fuente de la imagen

D. melanogaster, como todas las moscas, tiene cabeza, tórax, abdomen, seis patas y dos alas. En cuanto a su dieta se alimenta de colonias de levaduras que crecen en fruta, organismos de los que hablamos en nuestra primera entrada (3). Presenta muchas ventajas sobre todo a la hora de su manipulación genética, lo que permite generar mutantes de proteínas homólogas humanas. Su ciclo de vida es corto y las hembras son capaces de producir hasta 1500 huevos a lo largo de su vida, constituyendo un suministro constante. Son pequeñas y fáciles de mantener, lo que permite su empleo en Biología del Desarrollo* gracias a que su metamorfosis está muy estudiada. Comportamientos humanos también se observan en Drosophila, esto permite evaluar el posible efecto de la genética sobre nuestro comportamiento (7). Suelen emplearse en estudios de drogadicción. Se  ha visto que bajo la influencia del alcohol, Drosophila es sexualmente parecida a nosotros: menos selectivas a la hora de escoger pareja y tienen sexo antes (8).  Las moscas de la fruta han permitido conocer mejor enfermedades como cáncer, atrofia muscular espinal (9), Parkinson (10) y Alzheimer (11).

D. melanogaster. Fuente de la imagen

Hemos hablado de animales de tierra, de aire, pero… ¿qué pasa con el agua? En este caso el Pez Cebra, o Danio rerio, es nuestro protagonista. Se trata de un pez tropical de agua dulce que se encuentran sobre todo en ríos y estanques, aunque actualmente también están disponibles en tiendas de mascotas (12). Su nombre proviene de las rayas azules horizontales a cada lado de su cuerpo. Tiene un tamaño de 3-5 cm, es fácil de mantener y es resistente a variaciones de condiciones del medio. Aunque puede parecer que somos extremadamente diferentes, en realidad estamos mucho más relacionados con este pez de lo que imaginamos. El 70% de los genes de humanos se encuentran en este organismo (12),  usado en Biología del Desarrollo y en Genética (3). 

Los adultos son pequeños y prefieren alojarse en grandes grupos, lo que supone una ventaja importante. Por ello requieren mucho menos espacio y son más baratos de mantener que los ratones, de los que hablaremos próximamente. Además, se reproducen fácilmente y pueden producir desde 50 hasta 300 huevos a la vez. Los embriones de pez cebra también se depositan y fertilizan externamente. Además, son transparentes, lo que permite observar cómo los huevos fertilizados se convierten en peces pequeños completamente formados bajo un microscopio (12). Este pececito se ha empleado principalmente en desarrollo de fármacos y efectos toxicológicos de productos contaminantes ambientales y de nueva síntesis. Incluso se ha estudiado la regulación génica in vivo, la genética del comportamiento, la función inmune (13) y la necrosis de bazo y riñón (14).

D. rerio. Fuente de la imagen

De tres en tres los conceptos se digieren mejor. Además, a Laika le gusta tener tiempo para reflexionar. Aunque tendrá que darse un poco de prisa porque en breves hablaremos de otros tres modelos. ¿Cuáles creéis que son estos modelos? ¿Os ha sorprendido el uso de estos animales en experimentación? A nosotras en su día nos impactó que estudios tan importantes se realizaran en animales tan pequeños.

Esperamos vuestros comentarios. Un saludo de las embajadoras de Laika :)

CONCEPTOS CLAVE

• Navaja de Ockham, principio de economía o de parsimonia: principio filosófico y metodológico atribuido al filósofo y fraile Guillermo de Ockham (1280-1349) basado en que en igualdad de condiciones, la explicación más sencilla suele ser la más probable.
• Metazoo:  grupo sin categoría taxonómica de animales pluricelulares constituidos por células diferenciadas y agrupadas en tejidos y órganos.
• Nematodo: filum de gusanos unisexuales, de cuerpo cilíndrico y delgado, sin segmentar, y cubierto por una cutícula; existen formas libres y parásitas.
• Biología del desarrollo: rama que estudia la ontogenia, los procesos mediante los cuales los organismos crecen y se desarrollan.
• Atrofia muscular espinal: una de varias enfermedades hereditarias que destruyen progresivamente las neuronas motoras inferiores.

REFERENCIAS

1. Jaira A. Rivera. Animales de Laboratorio. Link
2. Gray, J. C., & Cutter, A. D. (2014). Mainstreaming Caenorhabditis elegans in experimental evolution. Proceedings. Biological sciences, 281(1778), 20133055.
3. Seres modélicos. La vida de un gusano discreto. Link
4. Zhu, G., Yin, F., Wang, L., Wei, W., Jiang, L., & Qin, J. (2016). Modeling type 2 diabetes-like hyperglycemia in C. elegans on a microdevice. Integrative Biology, 8(1), 30-38.
5. Calahorro, Fernando. (2011). Genética del Autismo: Caenorhabditis elegans como modelo experimental en el estudio de la función sináptica neuronal. Universidad de Córdoba, Servicio de Publicaciones.
6. Agencia para sustancias tóxicas y y el registro de enfermedades. Radiación ionizante. Link.
7. H. Simmons. Drosophila as a Model Organism. Link
8. Archer, C. Ruth and Alper, Cleo and Mack, Laura and Weedon, Melanie and Sharma, Manmohan D. and Sutter, Andreas and Hosken, David J., (2019) Alcohol Alters Female Sexual Behaviour. (Paper en proceso de revisión, disponible aquí)
9. H. Coulom, S. Birman. (2004). Chronic Exposure to Rotenone Models Sporadic Parkinson's Disease in Drosophila melanogaster. Journal of Neuroscience (48) 10993-10998
10. T.K. Rajendra, Graydon B. Gonsalvez, Michael P. Walker, Karl B. Shpargel, Helen K. Salz, A. Gregory Matera. A Drosophila melanogaster model of spinal muscular atrophy reveals a function for SMN in striated muscle. The Journal of Cell Biology Mar 2007, 176 (6) 831-841
11. Prüßing, K., Voigt, A., & Schulz, J. B. (2013). Drosophila melanogaster as a model organism for Alzheimer's disease. Molecular neurodegeneration, 8, 35.
12. E. Burke. Why use zebrafish to study human diseases?. I am intramural blog. Link.
13. ConSullivanCarol H.Kim. Zebrafish as a model for infectious disease and immune function. Department of Biochemistry, Microbiology and Molecular Biology, University of Maine, Orono, ME 04469, USA
14. Xiao Peng, Xua Lichun Zhang,a Shaoping Wenga, Zhijian Huanga, Jing Lua, Dongming Lana, Xuejun Zhongb, Xiaoqiang Yuc, Anlong Xua, JianguoHea. A zebrafish (Danio rerio) model of infectious spleen and kidney necrosis virus (ISKNV) infection. State Key Laboratory of Biocontrol, School of Life Sciences, Sun Yat-sen (Zhongshan) University, Guangzhou, 510275, China