Pequeños héroes de laboratorio · ELPAÍS.com

REPORTAJE



Pequeños héroes de laboratorio

RAFAEL RUIZ 14/08/2011

Queríamos hacerles un homenaje por su decisiva contribución al progreso de la humanidad, que tanto les debe y a la vez tanto les ha maltratado. Queríamos mostrarles nuestro sincero agradecimiento. Un pez, una mosca, un gusano y un ratón. Ellos son nuestros pequeños superhéroes de laboratorio, los animales decisivos para la investigación. Con poderes especiales que aquí desvelamos.

La misión le pareció fenomenal al fotógrafo. Pero de camino al primer centro de investigación, en Sevilla, le expliqué al artista unknown (en realidad se llama Oliver) que enfrentarse a nuestro primer superhéroe suponía todo un reto para él: "Se trata de un gusano... Un gusano de un milímetro... y transparente". No había terminado la sílaba te cuando dio un respingo en el asiento del AVE y lanzó un casi indignado "¿queeeeeeeeeeeeeeé?". Así se desarrolló nuestra misión.

-Con los miles de variantes de la mosca del vinagre se ha aprendido a hacer 'monstruosidades'
-Con los ratones investigan el efecto de los contaminantes químicos en la calidad y cantidad del esperma
-Gracias a ellos sabemos más de cómo nos formamos y deformamos, envejecemos y nos rompemos
-La gran ventaja de los peces cebra y los gusanos 'C. elegans' es que son transparentes y viven muy deprisa

1 El gusano 'C. elegans'. Para hacer de padrino de este nematodo que vive en el suelo hemos elegido a Peter Askjaer, un científico danés de 41 años, en España desde 2004, ahora en el Centro Andaluz de Biología del Desarrollo, situado en el campus de la Universidad Pablo de Olavide de Sevilla. Su proyecto vital está unido al Caenorhabditis elegans desde el año 2000. No pierde la sonrisa ante nuestro interés en el gusano por encima de sus investigaciones. Y es que el C. elegans se las trae: mide un milímetro, es transparente a contraluz y hermafrodita casi al 100% (hay en torno a un 0,1% de machos; no hembras). Y se ha convertido en el top-model de la investigación gracias a un argumento irrebatible: fue el primer organismo pluricelular cuyo genoma completo fue secuenciado (en 1998); contiene en torno a 20.000 genes codificantes de proteínas (hay todo otro universo de genes no codificantes que son un misterio para los investigadores; algo así como la materia oscura del espacio, que está ahí, pero desconocemos todo sobre ella). La consolidación de su prestigio y lanzamiento a la fama le llegó en 2002, cuando el Nobel de Medicina fue concedido a Sydney Brenner, John E. Sulston y Robert Horvitz por sus descubrimientos en torno a la muerte celular programada y al establecimiento del C. elegans como modelo animal para el estudio de procesos fundamentales del desarrollo, y sobre todo para estudiar el sistema nervioso.

Todo empezó cuando Brenner, en los años sesenta, decidió apostar por este gusano para estudiar el sistema neurológico y el desarrollo embrionario y la diferenciación celular por la sencillez de su constitución y crecimiento frente a otros animales, y por su corto ciclo vital: unos 20 días; además, del zigoto a un gusano adulto pasan solo tres días, lo que permite practicar ensayos de prueba/error sin perder apenas tiempo. En tres días o tres semanas, los investigadores obtienen resultados a sus intenciones, saben lo que le pasa al gusano cuando intervienen en su estructura vital.

Más superpoderes del C.: la posibilidad de cultivarlo en placas de Petri y su transparencia, que permite seguir todo lo que le pasa por dentro. O sea, toda una estrella; hay miles de artículos publicados en revistas de biomedicina sobre las contribuciones del nematodo al progreso. Y los Nobel de Medicina de 2006 (Fire y Mello) y de Química de 2008 (Martin Chalfie, por conseguir introducir proteínas fluorescentes, que sirven como marcadores, en otros organismos a partir de sus experimentos con C. elegans) también están relacionados con el gusano. Se puede decir que es el manual de instrucciones para construir un animal que mejor conocemos. Porque es un ser vivo de estructura muy sencilla, pero con todo lo que entendemos por un animal: tiene nervios, órganos sexuales, faringe, intestinos..., reacciona al tacto, reconoce olores... Vamos, que son adultos de esos que podríamos denominar básicos -que ya se sabe que a veces resultan muy atractivos-: lo hacen todo con solo 959 células (esa es otra particularidad de él que lo convierte en otra virtud para la ciencia: todos los adultos cuentan con ese número exacto de células: 959) y 300 neuronas -cuando lo descubrió Brenner se volvió loco de contento-. Básico, pero completito. Muy apañado él. A menudo, lo mejor para llevar una vida en común, y más en un laboratorio.

"Sabemos en todo momento", dice Askjaer, "qué va a generar cada tipo de células; al saber desde el embrión qué órganos se van a ir formando, cómo se va dividiendo y desarrollando, ya que el crecimiento del embrión es siempre igual, invariable, es mucho más fácil hacerle un seguimiento. Por eso es de gran valor para investigar sobre células madre, porque tienes un embrión al que conoces perfectamente desde el principio, sabes en qué deriva...". Pobre gusano, lo tienen caladísimo. Además, por no necesitar no necesita ni que le concierten citas a ciegas; al ser hermafrodita, él se organiza.

Conocer tan bien ese manual de instrucciones y que el gusano funcione tan rápidamente permite comprender mejor los mecanismos de enfermedades degenerativas como el alzhéimer, realizar estudios sobre el envejecimiento o cómo se comportan los tumores, pues gracias a él se ha avanzado mucho en el conocimiento del suicidio celular, o apoptosis. Tanto éxito ha tenido el bicho que incluso a los numerosísimos científicos que trabajan con él se les conoce como gente-gusano. Y ahí está Peter Askjaer, que no pierde la paciencia ante nuestras preguntas, casi siempre enfocadas al gusano, a pesar de lo interesante de las líneas de trabajo de su grupo, centrado en las proteínas localizadas en la envoltura nuclear y que actúan como guardianes para la salida y entrada de compuestos del núcleo, lo que tiene gran interés para realizar investigación básica sobre enfermedades raras, como el síndrome de Hutchinson-Gilford, de envejecimiento prematuro, y lipodistrofias y distrofias musculares.

Por cierto, que todo es importante. Otra de las ventajas de súper-C. es lo baratito que resulta; se conforma con muy poca cosa: unas placas de Petri (de plástico) y, de comida, bacterias, sobre todo E. coli (sí, esa cuya variante agresiva saltó a los titulares de prensa la pasada primavera por el pánico que desató en Alemania). Y, hala, a vivir.

2 El pez cebra. Dejamos atrás a la gente-gusano y, sin salir del Centro Andaluz de Biología del Desarrollo, vamos al encuentro del Danio cebrado, el pez cebra (Brachydanio rerio), un ciprínido pariente de las carpas y los barbos, de gran éxito en los acuarios y también en los laboratorios. The unknown artist lo tiene un poco más fácil; alcanza hasta cinco centímetros y es de aspecto vistoso e incluso dicharachero, con esas rayas laterales. Además, José Luis Gómez Skarmeta, nacido en Chile hace 45 años, coordinador del grupo de genómica funcional de vertebrados, que se ha convertido en un referente en técnicas para estudiar la biología del desarrollo, da juego: sale a recibirnos con un intrigante aire más de motero que de lo que un profano entiende que ha de ser el canon de apariencia de un investigador. Realmente pusimos a prueba la amabilidad de Gómez Skarmeta; sin embargo, creemos que los peces, aunque estuvieron posando dos horas con los ojos muy abiertos, no se enteraron del homenaje que les estábamos rindiendo.

Gómez Skarmeta comienza el relato de las ventajas de sus peces: rápido desarrollo embrionario (en tres días disponen de todos los órganos; luego viven entre dos y tres años); igual que los gusanos C. elegans, son transparentes y permiten que escudriñemos su interior sin abrirles (toda una experiencia observar sus órganos con los marcadores fluorescentes en la pantalla conectada al microscopio: un corazón rojo fosforito o un páncreas verde flúor...). Además, para redondear sus superpoderes, estos ciprínidos tienen facilidad para regenerar sus tejidos y órganos dañados.

Su gran mentora ha sido la alemana Christiane Nüsslein-Volhard, nobel de Medicina en 1995 por sus estudios en los ochenta con la Drosophila, otra estrellona de este reportaje. En los noventa decidió centrar sus trabajos sobre biología del desarrollo en el pez cebra. No sabemos cómo le sentó a la mosca, pero así fue. El pez cebra se dejó querer y ha ido ganando adeptos. Aunque cuenta con un serio competidor: el pez medaka, o japonés. Cada uno exhibe sus virtudes: el medaka pone menos huevos, pero todos los días, frente al cebra que es de ritmo semanal; a cambio, los huevos del cebra son mucho más fáciles de inyectar; la membrana de los japoneses es mucho más dura.

Gómez Skarmeta nos enseña su acuario, desde luego mucho más vistoso que las cámaras con circulitos de plástico con puntitos que forman el hábitat de laboratorio del súper-C.; tienen unos 20.000 y han generado unas 500 líneas estables transgénicas; es decir, líneas de peces a los que se les ha toqueteado el genoma con fines científicos, con el objetivo de saber más y más sobre esos manuales de instrucciones del desarrollo embrionario que conforman, a fin de cuentas, cómo somos, un pez o un ser humano, con todas sus diferencias y matices, pero también con toda su carga de similitudes. "Él [el pececillo que en las fotos mira con cara de pasmado] nos ilumina, nos da información susceptible de ser transferida a los humanos", dice Gómez Skarmeta. A cambio, exige poco; es robusto, poco tiquismiquis; pide limpieza, agua a unos 28 grados, poca luz (para que las algas no proliferen) y un menú rico compuesto sobre todo de artemias, unos crustáceos pequeñitos. Y así, con ese sencillo pacto de caballeros, se ha convertido en el gran aliado de Gómez Skarmeta para su trabajo, que aporta claves de lo que sabemos y de todo lo que nos falta por saber sobre el genoma, y que es un jarro de agua fría para aquellos no muy ilustrados en el asunto que cuando se enteraron de que se completaban los mapas del genoma del gusano, de la mosca, el cerdo, el chimpancé, el ser humano, pensaron que ya teníamos resuelto el futuro. Explica: "La fracción del genoma de vertebrados que entendemos al leerla es solo del 5% y se corresponde con el ADN codificante que alberga los genes y que es muy parecida entre las distintas especies. El resto del genoma no sabemos interpretarlo y por eso se ha llamado durante décadas ADN oscuro. Sin embargo, es tan importante como la codificante, pues contiene las instrucciones que controlan cuándo, cómo y dónde los genes se deben activar para poder generar las proteínas adecuadas para cada tipo de célula. Estas instrucciones no solo son las que en gran medida hacen diferente a un organismo de otro, sino que también tienen que ver con muchas enfermedades en humanos. Nuestro laboratorio pretende identificar estas instrucciones y determinar su papel durante el desarrollo embrionario, la evolución de vertebrados y las enfermedades humanas".

No sé... Se le ve dispuesto a inyectar embriones del pez mirando fijamente a cámara, y a la vez que tranquiliza saber que hay gente así, preocupada por conocer cómo nos formamos, desarrollamos, deterioramos y rompemos, produce también cierta inquietud.

3 La mosca del vinagre. Ya Peter Askjaer nos habló de la importancia del ciclo de la insulina en las pautas de envejecimiento: su apuesto gusano vive mucho más cuando se le raciona la comida muy austeramente, y hay mutantes que incluso han doblado su esperanza de vida (y han pasado de 20 a 40 días). Ahora el prestigioso Ginés Morata, una eminencia en el universo de las moscas (en 2007 recibió un Premio Príncipe de Asturias), nos cuenta la importancia de la Drosophila melanogaster (fruit fly en inglés, mosca del vinagre en español) para investigar sobre el alzhéimer y el envejecimiento. Cuenta que la producción de insulina está muy relacionada con la ingesta de alimentos y con la longevidad, que han visto que una restricción de calorías y grados reduce decisivamente el índice de mortalidad, o sea, que ya no caen como moscas. Podríamos decir que pasar hambre y frío provoca que el grupo de proteínas determinantes de la regulación de los genes relacionados con la longevidad (FOXO) permanezca más activo. Ese tipo de experimentos trasladado a macacos dio el mismo resultado: vivían sensiblemente más. La transposición a humanos está aún llena de incógnitas. Aunque haya indicios, "no hay evidencias", se apresura a matizar Morata. Pero a renglón seguido de la conversación dice que si uno extrapolara algunos resultados que se han obtenido con moscas y gusanos a hombres y mujeres, acabaríamos viviendo como media unos 350 años, "y algunos ejemplares podrían llegar a los 500". ¿Se imaginan la cantidad de reportajes que podríamos hacer y leer juntos? Al oír cosas como estas es cuando a uno le dan ganas de hacerse amigo de las moscas, para intentar extraerles recetas de juventud... ¿O no?

En fin, vayamos al grano... a las moscas, que es a lo que fuimos al Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (organismo mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas -CSIC- y la Universidad Autónoma de Madrid), donde trabaja el equipo de genética de la morfogénesis, con Ginés Morata como principal cabeza pensante... A veces, con sus gafas, da la sensación de que hubiera adoptado algo del semblante de sus criaturas, en plan gigante. ¿Cómo son, cómo viven, qué hacen? Diminutas, pasan su existencia metidas en tubos tapados con algodón, con un fondo de papilla (básicamente levadura, harina y azúcar), su comida.

La Drosophila es ya todo un clásico en los laboratorios, porque empezaron a trabajar con ella allá por 1905, lo que la convierte, según Ginés, en "el organismo más importante para el estudio de la genética". Y es ella, ella entre 150.000 especies de dípteros (insectos de dos alas) y no otra, la que está ante nuestros afortunados ojos. Añade, contundente, Ginés: "De hecho, la mutagénesis (producción de mutaciones sobre secuencias de ADN) se inició con ella en 1920".

Aparte de que, como el gusano, es barata y de fácil manejo -eso sí, para trabajar con ella, para sacarla de las probetas, hay que adormilarla, claro-, y llevamos tantas décadas haciéndole de todo que se ha convertido en una especie de mecano con un libro de instrucciones (disculpas por repetir tanto el símil; es que es el mejor) tan detallado, leído y traducido que se le puede realizar prácticamente cualquier cosa. Sobre todo se han centrado en los discos imaginales, esa parte de la larva que da lugar a los órganos del adulto (cabeza, tórax, alas, patas...) y que ha sido crucial para la biología del desarrollo. "Aunque el gusano es más sencillo para estudiar el sistema nervioso, porque dispone de solo 300 neuronas y registra un comportamiento muy completo, la mosca tiene más pedigrí que el gusano", zanja Ginés.

El asunto es ese: que cien años dándole vueltas y haciéndole todo tipo de perrerías al insecto dan mucho de sí; el conocimiento es tan profundo que ahora hay miles de variantes de Drosophila, de mutantes de todo tipo para estudiar cómo se forman. Con ella se ha aprendido a hacer "monstruosidades" (en palabras de Morata): que si póngame una Drosophila de cuatro, cinco o seis alas; que si póngame cuarto y mitad de moscas con una pata en el lugar de una antena, o con el ano en la cabeza... para conocer la formación y desarrollo del organismo, para, a fin de cuentas, saber más del nuestro, de cómo nos formamos y deformamos. Se va obteniendo información que no es directamente extrapolable, ni mucho menos, al ser humano, pero que sí permite decidir si se tira por aquí o por allá.

O sea, que en este caso nos encontramos, más que con un héroe con superpoderes, con un héroe multiplicado por mil con gadgets biónicos para todos los gustos. "El hecho de que sepamos generar moscas con alzhéimer, o moscas con alzhéimer solo en los ojos, y el hecho de que podamos probar sobre ellas innumerables fármacos y sustancias, drogas y técnicas que lo mitigan da pistas sobre por dónde investigar el alzhéimer humano. Lo mismo con el cáncer", dice Ginés. O sea, una perfecta aliada del sistema ensayo/error. Y todo esto a cámara rápida (volvemos a lo del ciclo corto): en solo 10 días -a 25 grados- pasa de huevo a adulto. "A veces, la clave en ciencia está en saber preguntarse. Porque hay cosas que, de tan vistas, las damos por sabidas, por obvias, y resulta que no...". Y en otro renglón seguido, como Skarmeta y Askjaer y Del Mazo, subraya que, ojo, que son biólogos básicos y hacen, claro, investigación básica, dotan de bases y herramientas, cimientos celulares, esquemas genéticos, para la investigación aplicada.

El equipo de Ginés Morata ha logrado publicar importantes papers con sus investigaciones sobre la apoptosis, el suicidio celular, que, explicado en pocas palabras, significa que nuestro organismo es capaz de eliminar la mayor parte de las células tumorales: nuestro sistema inmunológico identifica las células malignas, se percata rápidamente de sus intenciones y las acorrala y obliga a que se suiciden. ¿Por qué eso a veces no funciona? ¿Por qué los malos a veces consiguen escapar a ese mecanismo? Parece que está relacionado, según publicaron en Proceedings of National Academy of Sciences (PNAS), con la oportunidad y capacidad para formar grupos grandes y dotarse de un microambiente que les permite protegerse de esa destrucción celular programada por nuestros guardianes del orden, y crear el caos y el tumor.

4 El ratón 'Mus musculus'. De acuerdo con los criterios de bienestar animal a que obliga la Comisión Europea, todos los ratoncitos del animalario que controla Jesús del Mazo en el Centro de Investigaciones Biológicas (del CSIC), en pleno campus de la Complutense en Madrid, tienen un rollito de los que van dentro del papel higiénico (o similares, o rulos) para que disfruten de cierta actividad, para que se entretengan mientras sirven a los elevados objetivos científicos para los que han sido seleccionados. Son seis salas con temperaturas en torno a los 22 grados, una humedad del 60% y solo luz artificial en un régimen estricto: 12 horas de luz, 12 a oscuras. El superpoder del Mus es también la rapidez de vértigo con que pasan por este mundo. En seis semanas ya son adultos, capaces de procrear; tras 20 días de embarazo, la ratona pare entre 8 y 10 criaturas. Viven en torno al par de años. Además son pequeños y de fácil manejo, aunque se requiere cierta habilidad para cogerlos de la cola o del cogote y evitar, cuando sacan carácter, sus mordiscos, y porque ya son otros viejos conocidos de los laboratorios; están tan explorados, hay tantas cepas con mutaciones según lo que se desee investigar que se pueden pedir ratones a medida.

Hay en el animalario de la Complutense en torno a 4.000 Mus musculus, derivados del ratón casero, y a disposición de una docena de grupos del CIB que investigan sobre células madre, cáncer, inmunología, alteraciones metabólicas... Están divididos en dos áreas: una completamente esterilizada en la que se mantienen las líneas de investigación; es el banco vivo de los ratones mutados que ha creado este centro y que permite asentar linajes con alguna particularidad interesante para la ciencia (además, de cada línea se congelan entre 600 y 1.000 embriones). En la otra área viven los roedores en activo, sobre los que se está trabajando. Habitan cubetas transparentes de unos 45 centímetros de largo, 25 de ancho y 20 de alto, con serrín, pienso, agua y el juguete. Ocho personas se encargan de su mantenimiento.

Jesús del Mazo nos habla de la triple R. Nos sonaba la triple R en el tratamiento de residuos: reducir, reutilizar y reciclar, pero no en el manejo de animales de laboratorio. Pues ahí está también: reducir, refinar y reemplazar, que quiere decir que, para causar el menor daño posible a nuestros compañeros de viaje en este enorme arca de Noé que es el planeta Tierra, se reduzca y se haga todo lo elegantemente que sea posible el uso de animales vivos en investigación y, además, que se intente sustituir siempre que se pueda la experimentación con animales vivos por métodos in vitro; ensayos con células en cultivo en vez de, por ejemplo, con ratones hechos y derechos. Loable empeño, como recuerdan las asociaciones de defensa de los animales. Explica Óscar Horta, profesor de filosofía moral en la Universidad de Santiago de Compostela y miembro de la Fundación Equanimal: "En la actualidad existe una serie de técnicas para investigar que no utilizan animales: modelos computacionales, técnicas físico-químicas consistentes en sistemas no biológicos como la espectometría de masas o la cromatología de gases, cultivos celulares y de tejidos, la observación clínica y epidemiología... Deberían ser potenciadas, solo se necesita la voluntad para ello. En ocasiones se dice que la experimentación con animales presenta ventajas prácticas sobre estos métodos. Pero éticamente es reprobable, pues pueden sufrir y disfrutar como nosotros. El hecho de que no posean ciertas capacidades cognitivas no puede justificar que se experimente en ellos".

Lo que Jesús del Mazo y sus chicos y sus ratones investigan es de gran impacto social, porque está relacionado nada menos que con la propia supervivencia de nuestra especie: el efecto de los contaminantes ambientales sobre la reproducción, y cómo afectan a la calidad y cantidad del esperma tanto en humanos como en animales silvestres, que además parece estar asociado con un incremento de la tasa de cáncer testicular y de alteraciones en el desarrollo de los genitales.

Algunas sustancias químicas parecen estar detrás de tales alteraciones y de la alta proporción de infertilidad masculina. Lo dice él: "El sistema reproductivo ha sido considerado como una diana crucial para el impacto de estas sustancias. Nosotros estamos investigando en modelos de ratón el efecto genético de estos compuestos contaminantes en la formación de óvulos y espermatozoides". No solo eso, sino que investigan también su efecto transgeneracional, que se herede. Estamos hablando de las decenas de miles de sustancias químicas que se calcula que están presentes en nuestra vida cotidiana; solo en una mínima porción de ellas se han estudiado los efectos (y de forma aislada, sin reparar en las mezclas, casi infinitas). ¿No resulta curioso que, mientras se promulgan directivas exigiendo juguetes en las cubetas de los ratones, no haya un cuerpo legislativo más estricto -desde hace un año está en vigor el Programa REACH de la Comisión Europea sobre registro, evaluación, autorización y restricción de sustancias químicas- para poner coto a tanta sustancia química que puede estar llevándonos a un callejón sin salida? Del Mazo responde, escueto, con una sonrisa: "Se trataría de replantearse todo el desarrollo".


Plantas 'reinonas'

En la esfera vegetal, la reina es la Arabidopsis thaliana, una superheroína que disimula adoptando un disfraz de mala hierba de las cunetas. Sin embargo, Mari Carmen Risueño (en la foto) y Pilar Testillano, del grupo de desarrollo de plantas del Centro de Investigaciones Biológicas del CSIC, salen en defensa de otras esforzadas plantas. Ellas, que trabajan en la obtención de haploides, con un solo juego de cromosomas en vez de un par, mediante la reprogramación a partir del polen, algo muy interesante para conseguir líneas puras y así mejorar especies y cultivos, consideran que la Arabidopsis está sobrevalorada. Y están muy orgullosas de la cebada, la colza, el tabaco y el maíz. Pero han de reconocer un punto a favor de la Arabidopsis. En 2000 se presentó por primera vez la secuencia completa del genoma de una planta, con 25.498 genes. ¿Quién era? Nuestra pequeña heroína de los caminos. Eso ha contribuido a darle notoriedad. Estas mujeres se muestran además satisfechas del comportamiento de la calabaza para otra de sus investigaciones punteras: la aplicación de nanopartículas en plantas que puedan servir como vehículos más eficaces de productos fitosanitarios. Planteada queda la cuestión. Muchos llevan 40 años entronizando a la thaliana, pero gente como Risueño y Testillano hablan maravillas de otros que no gozan de tan buena prensa, como calabazas y pimientos.

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