24 mar. 2009

III cafè científic: Els gens que compartim amb les mosques

El proppassat dimecres va tenir lloc el darrer cafè científic del trimestre a la casa Orlandai. Era Els gens que compartim amb les mosques, i el científic que va parlar era Emili Saló, que va ser cap de Departament de Genètica de la Universitat de Barcelona.

Només va treure de la motxilla uns papers en blanc i negre; diverses diapositives que compartien atapeïdes en folis. Per a un científic que treballa amb la imatge, tota una exposició personal. Menys imatge però molta més proximitat.
Va començar a poc a poc, com comencen tots els cafès científics que hem fet, responent les preguntes d’una senyora del públic. La primera imatge en què va voler que ens fixéssim és un com un vano, un científic diria un arc de circumferència de 90º. En el vèrtex, assenyalant cap avall, hi hauria l’origen de la vida, un suposat primer organisme (o la primera població d’organismes vius). D’ell s’anirien diversificant tota la resta d’organismes. Aquest esquema comporta no només l’origen comú que es desprèn, sinó també explicaria la gran similitud genètica.

La diversitat vindria donada per canvis ambientals que permetrien conquerir nous espais explorant noves estratègies d’explotar l’entorn. Mutació espontània dels organismes i selecció per les condicions ambientals. I, en els primers estatges vitals quedarien marcats la major part de la nostra informació genètica.

Posem-hi dates, va dir. L’origen del nostre planeta s’estima en uns 4.600 milions d’anys enrere. L’origen de la vida en ell, en 3.500 o 3.600 milions d’anys des d’ara. Els primers éssers vius serien microorganismes. Alguns d’ells, que expel·lien oxigen com a producte secundari del seu metabolisme, van tenir la capacitat de canviar l’atmosfera de reductora a oxidant. I aquest oxigen acumulat a l’atmosfera va provocar segurament la primera gran extinció massiva perquè aleshores l’oxigen era un element tòxic. Així doncs, l’atmosfera on vivim i l’aire que respirem és fruit de la vida.

Seguim. Fa uns 1.000 milions d’anys van aparèixer els primers
organismes pluricel·lulars amb simetria radial, com ara les meduses. I fa 560 milions d’anys hi va haver l’explosió cambriana, quan van aparèixer moltes formes d’organismes. Perquè, de sobte, d’un mutisme paleontològic tenim un ric registre fòssil?

Hi ha diverses hipòtesis. Una és que, secundàriament a la transformació de l’atmosfera rica d’oxigen, s’acabaria acumulant
ozó en l’estratosfera. Aquesta capa protectora front els perillosos rajos de l'espectre ultraviolat permetria que els animals poguessin sortir de l’aigua (on havia aparegut la vida) i conquerir nous hàbitats; tot un territori per explorar que generaria molta diversitat biològica. Un efecte secundari de viure fora de l’aigua va ser tenir un efecte gravitatori més elevat. I, per a contrarestar-lo, els animals van desenvolupar esquelets externs, que també fossilitzaven millor.

Una altra hipòtesi per l’explosió cambriana és que van aparèixer els
gens homeobox, gens que regulen la diversificació morfològica dels individus durant el seu desenvolupament. Aquests gens marquen què s’ha de desenvolupar en un embrió, quan i on: un ull, una extremitat, l’abdomen... i els compartim la major part dels animals des d’aleshores. I també activen altres gens, diguem-ne els escultors, que duen la informació més fina, que genera la morfologia final; de manera que una mosca desenvoluparà un ull de mosca i un ratolí, de ratolí. Així, doncs, aleshores ja va quedar decidida una gran part dels nostres trets principals, segons la regulació de gens jeràrquics.

D’una altra banda, aquests animals ja tenien una simetria bilateral, el que els biòlegs del desenvolupament diuen un eix anteroposterior, és a dir, cap i cua; i un eix dorso-ventral, és a dir, panxa i llom.

Un altre guany de l’evolució i que va dur a l’enorme diversitat actual va ser la
iteració, és a dir, l'establiment de línies frontera entre cèl·lules del mateix embrió, que li permeten seguir camins de desenvolupament totalment diferents, tot i formar part del mateix organisme; d'aquesta manera es determinen les potes i les ales de les mosques, o les costelles, els braços i les cames dels vertebrats. Arribat aquest punt, Emili ens compara la iteració amb el concepte d’habitatge en arquitectura: per més complex que sigui un habitatge hi ha un requisit mínim que es repeteix.

I aquest patró és el que repeteixen els organismes: peixos, ratolins, pollets i granotes. I, per descomptat, humans. A partir del primer moment en que es comença a dividir l’ou (o el zigot, tant li fa), hi ha molts patrons de desenvolupament comuns; tan comuns que hi ha un moment en que tots els embrions s’assemblen molt i tenen una mesura similar. Els científics en diuen estadi filotípic.

De vegades, els elements genètics que diversifiquen aquesta iteració es pot desbocar un xic i podem tenir alguna anomalia. És el cas dels mutants homeòtics (mutació dels gens anomenats Hox). En el cas de drosòfila podríem tenir mosques amb quatre ales; o, en els humans, la
polidactília. Són canvis petits en els gens homeobox que diversifiquen les extremitats segons l’eix anteroposterior. Com també és un error genètic la sindactília, quan no hi ha separació dels dits desprès de la formació de la mà com un tot.

Però Emili no estudia organismes complexos, sinó organismes als qui l’evolució els ha dut a simplificar-se. Estudia
planàries. Una de les simplificacions d’aquests organismes que tenen simetria bilateral és que han perdut l’anus. Tenen una mena de boca en forma de trompa, com la faringe, que segueix un intestí cec. Mengen capturant el contingut, digerint-lo, i el tornen a expulsar del mateix budell per la boca, a través de la faringe.

Una altra de les característiques de les planàries és la seva plasticitat morfològica. No tenen una mida fixa: n’hi ha que són deu vegades més grans que altres, depenent del grau d'ingesta d'aliment. Les planàries més grans es poden mantenir mesos en dejú. Òbviament van reduint la seva mida, tant que poden arribar a ser més petites que quan van néixer. En tornar-les a alimentar es pot dir que rejoveneixen, ja que hi ha estructures noves, prèviament perdudes.

L’interès de les planàries rau en que són dels organismes que tenen major capacitat de regeneració. Una planària es pot tallar en cent o dos-cents fragments i cada planària torna a regenerar-se en dues setmanes. Això és perquè d’un 20% a un 30% de les cèl·lules del seu organisme són pluripotencials, és a dir,
cèl·lules mare.
L’equip de Saló ha aconseguit trobar i interferir un gen que determina l’eix anteroposterior (recordem, aquell que determina el cap i la cua), amb la qual cosa han aconseguit una mena de mutant de simetria radial, com una medusa, on tota la vora circular s'ha transformat en un gran cap ple d'ulls (Development, 2008 135:1215-1221).

Va explicar i aclarir més coses: per què les granotes regeneren la seva mandíbula i els humans no? Què sabem sobre la diferenciació de cèl·lules mare? De què diuen que va morir Dolly? Perquè alguns animals ens serveixen molt bé com a model? Quines son les característiques de drosòfila? Però tot no ho puc explicar. Us animo a venir al proper cafè científic per sentir la recerca que fan els nostres convidats.

No hay comentarios:

Publicar un comentario