22 sept. 2014

De les instruccions a l'individu

Al cafè científic de la Casa Orlandai de dimecres 17 de setembre va venir Fernando Giráldez, de la Universitat Pompeu Fabra, per parlar-nos del desenvolupament embrionari i altres aspectes relacionats. Va ser el primer cafè de tardor, que dediquem a la biologia molecular i microbiologia humanes.

El títol de la convocatòria va ser: De les instruccions a l’individu. Com, a partir del genoma es desenvolupa un individu? Què apareix primer, el cap o la cua; el ventre o el llom? Quina jerarquia hi ha en la formació d’òrgans? Quin es forma primer? Per què tenim peces repetides? Quin sentit és el primer de formar-se?
Fernando és metge de formació, i va fer un doctorat en neurofisiologia. Després, com volia dedicar-se a la recerca, va formar-se a Cambridge i va ser, a la Universidad de Valladolid, professor i catedràtic. Ens va explicar que ja Aristòtil va parlar del procés del desenvolupament, de la fascinació de la transformació d'un ou en un organisme viu.

Els processos del desenvolupament
Ara sabem que el desenvolupament segueix quatre processos: la multiplicació cel·lular, la morfogènesi (creació d'estructures), la diferenciació cel·lular i l'especificació regional. No hi ha un ordre successori en aquest processos, uns s'incorporen amb els altres. I el procés segueix unes regles fixes.

A partir de la fusió de dues cèl·lules haploides, una del pare i una altre de la mare, es genera una cèl·lula diploide, que serà l'origen d'un individu nou. Aquesta cèl·lula, el zigot, es multiplicarà fins a donar bilions de cèl·lules (en en cas de l'espècie humana), que generaran l'organisme nou. Hi ha una relació entre aquests processos de multiplicació cel·lular generadors amb d'altres degeneratius que poden donar a creixements tumorals cancerígens.

La morfogènesi estudia la formació de les estructures que donaran l'individu, des del teixits fins als òrgans i altres parts dels organismes. En la morfogènesi intervenen processos físics. En aquest cas, les forces que actuen sobre les cèl·lules, generen estructures multicel·lulars en tres dimensions, per a les quals no hi ha tècniques de mesura i per això es coneixen menys.

La diferenciació cel·lular consisteix en l'especialització de les cèl·lules a partir de la primera que fa l'individu, que no té cap diferenciació: és la cèl·lula mare de totes les altres. Finalment, en els éssers humans, hi haurà entre cent-quaranta o cent-cinquanta tipus de cèl·lules; moltes més si considerem els subtipus. L'estudi de la diferenciació cel·lular embrionària torna a donar pistes per als estudis dels diversos tipus de càncer relacionat amb la cèl·lula que els origina.

L'estudi de l'especificació regional busca conèixer quins són els senyals que l'organisme reconeix per saber on hi ha d'anar un braç i no una cama que, en el fons, s'assemblen molt.

Les fases del desenvolupament
Un cop format el zigot, se segueixen diverses fases en l'embriogènesi. En primer lloc es divideix en moltes cèl·lules, que es mantenen unides formant la mòrula. Després, les cèl·lules migren a la perifèria, deixant l'interior buit: la fase de blàstula. Posteriorment, s'invagina el conjunt i es crea la gàstrula. És en aquest moment quan apareixen les capes embrionàries; es defineix l'interior, budells, i l'exterior, epidermis, dels individus.

Després, té lloc l'aparició del prototip de sistema nerviós: la neurulació. Queda definit on hi haurà el cap, on la cua; el primer eix que es defineix. Segons el neurofisiòleg colombià Roberto Llinàs, el cap sorgeix com a secundari al moviment; els animals sèssils, o sense moviment, en general tenen detectors mecànics o químics al llarg del cos.

La regulació gènica
Al seu torn, en les capes embrionàries es comencen a formar els òrgans, en el procés anomenat organogènesi. Però, per què en una determinada zona de l'embrió es desenvolupa l'òrgan que li correspon? Com, si tenim tot el DNA en totes les cèl·lules, s'expressarà el que té les instruccions adequades? Com es regula l'expressió genètica? Doncs, a cada cèl·lula hi haurà un ambient químic diferent, que promourà l'expressió d'uns gens i no d'uns altres.

Quan es va trobar el gen PAX6, de sensibilitat a la llum, el biòleg suís Walter Gehring, de la Universitat de Zuric, va posar de manifest la capacitat d'expressió del DNA, activant l'expressió del gen de la formació de l'ull en antenes i ales de la mosca. Va generar ulls ectòpics, que creixien fora del lloc que els hi correspondria.

Cada cèl·lula controla l'expressió dels seus gens; però, la regulació gènica també té a veure amb la patologia: què fa que alguns gens es desregulin i les cèl·lules que els contenen creixin descontroladament?

La diferenciació cel·lular
Les primeres cèl·lules tenen capacitat per a convertir-se en qualsevol cosa; però, probablement a partir de la quarta divisió, ja les cèl·lules es comencen a diferenciar. Tot i això, les cèl·lules diferenciades operen en relació les unes amb les altres, hi ha una comunicació intercel·lular.

En el cos, hi ha llocs en què es mantenen cèl·lules amb una certa immaduresa, que els permet la capacitat de convertir-se en diverses cèl·lules. El cas més conegut és el de les cèl·lules mare del moll d'ós, que es poden diferenciar en qualsevol de les cèl·lules sanguínies.

En general, però, això no és així. Un cop les cèl·lules s'han diferenciat, difícilment tornen enrere, a no ser que es reprogramin; aleshores, es tornen pluripotents induïdes.

L'ontogènia, recapitula la filogènia?
Aquests processos primers són molt conservadors: són molt semblants en mosques, peixos i pollastres, per això poden ser animals model emprats en l'estudi del desenvolupament humà.

Pot ser que durant el desenvolupament, els animals refacin el camí de l'evolució? L'expressió, l'ontogènia recapitula la filogènia, exposa aquesta idea que, durant un temps, va ser creguda per una part de la comunitat científica. Això és perquè en les fases primerenques, els embrions són iguals. I, en anar desenvolupant-se, espècies més modernes mantenen estructures anteriors. Però, en realitat, no segueix les passes del procés evolutiu, relata un origen comú.

Què fa que la oïda es formi on li toca?
Del tub neural que donarà el sistema nerviós en l'embrió en fases inicials, sorgeix la placa òtica, que donarà lloc a l'oïda. Es formaran les cèl·lules ciliades que seran sensibles als estímuls de les ones que vibren, que faran que els cilis acabin activant neurones que moguin els ossos de l'oïda interna i duguin el senyal amplificat al cervell.

 La major part de les sordeses són perquè aquestes cèl·lules ciliades es destrueixen i no tenen capacitat de regenerar-se. Les primeres freqüències que es perden són les baixes. L'edat porta a aquesta situació, però també l'exposició abusiva a sorolls.

A l'oïda interna hi ha la còclea, l'òrgan que regula l'equilibri, i que també està format per cèl·lules ciliades. Ara bé, la diversitat de les cèl·lules de la còclea és molt menor que la de les cèl·lules de la oïda interna: l'òrgan de l'equilibri no permet gaire experiments de canvi, és una estructura molt més conservada al llarg de l'evolució.

Fernando, sempre has volgut se investigador? Quin moment de la teva vida va ser crucial per la teva carrera?
Sempre havia volgut dedicar la vida al món acadèmic; vaig dubtar entre filosofia, per estudiar la ment humana; o física. Finalment, amb la lectura d'un llibre de Freud, em vaig adonar que la medicina era justament una disciplina entre les ciències i les humanitats. I, des de primer de carrera vaig poder dedicar-me a la docència.

En acabar la tesi una entrevista amb Rodolfo Llinás va ser determinant. Em va dir que si volia dedicar-me al món acadèmic havia d'aprendre a ser científic. Aquest va ser el detonant per a que passes quatre anys de la meva vida a Cambridge.

Més informació
Fernando Giráldez a El problema de Gettier (La Xarxa Televisió)
De cucs i de mosques, fins a peixos i ratolins. Cafè Científic amb Cristina Pujades (24/10/2010)

Imagtes: Wikimedia Commons.

No hay comentarios:

Publicar un comentario