Descubren el mecanismo genético que da forma a los organismos

Los ratones no tienen el rabo en el lomo ni las costillas en la cintura gracias a que su desarrollo embrionario sigue siempre un orden concreto. Científicos de la Escuela Politécnica Federal de Lausanne (EPFL), en Suiza, han descubierto el mecanismo que determina dicho orden, y no sólo en los ratones, sino también en otros animales y en los humanos.

En tan sólo dos días, elementos como las vértebras, las extremidades, las costillas o el cóccix ocupan su sitio en los embriones, con la precisión de un reloj suizo. Intrigados por la extraordinaria fiabilidad de este mecanismo, los biólogos se han preguntado durante mucho tiempo cómo funciona.

Ahora, los investigadores de la EPFL, en colaboración con especialistas de la Universidad de Ginebra (UNIGE) han resuelto el misterio, publica la EPFL en un comunicado.

Cronometraje genético

Durante el crecimiento de un embrión, cada paso se produce en un momento muy específico. En alrededor de 48 horas, los embriones se desarrollan de arriba abajo por capas, en lo que los científicos denominan la segmentación embrionaria.

Uno de los autores de la investigación, el profesor de la EPFL y de la UNIGE, Denis Duboule, explica que “estamos formados por treinta y tantas capas horizontales, que se corresponden más o menos con el número de vértebras que tenemos” (en los seres humanos hay de 33 a 34 vértebras durante la etapa fetal y en la niñez. Durante la etapa adulta sólo hay 24, debido a que los huesos del sacro y el cóccix se sueldan convirtiéndose en un hueso cada uno).

En el desarrollo embrionario, cada hora y media se genera un nuevo segmento. En este proceso, los genes correspondientes a las vértebras cervicales, a las vértebras torácicas, a las vértebras lumbares y al cóccix se activan con exactitud en el momento preciso, uno detrás de otro.

Si este cronometraje no fuera seguido al pie de la letra, los miembros no se colocarían donde deben, afirma Duboule. Pero, ¿cómo saben los genes cómo actuar de una manera tan sincronizada? Los científicos reconocen que aún no comprenden cómo, pero asumen que el ADN juega un papel en este mecanismo.

Instrucciones progresivas del ADN

De hecho, son unos genes muy específicos, los denominados Hox, los implicados en este proceso. Responsables de la formación de las extremidades y de la espina dorsal, los genes Hox presentan una característica destacable: están situados con exactitud unos detrás de otros en la cadena de ADN, formando cuatro grupos. Esta disposición única inevitablemente tiene que jugar un papel en el proceso de formación fetal, afirma Duboule.

El proceso es sorprendentemente simple. En los primeros momentos del embrión, los genes Hox están dormidos o inactivos y permanecen enrollados como un carrete de hilo dentro del ADN. Pero, en el momento oportuno, la cadena de ADN comienza a desenrollarse.

Cuando en el embrión se forman los niveles superiores, los genes que codifican la formación de las vértebras cervicales se activan. Lo mismo ocurre con los genes correspondientes al desarrollo de las vértebras torácicas y las del cóccix. La cadena de ADN actúa, por tanto, enviando instrucciones de forma progresiva.

“Cada noventa minutos sale un nuevo gen de la cadena, lo que se corresponde con el tiempo necesario para que se desarrolle una nueva capa en el embrión. Lleva dos días que la cadena se deshaga completamente: el mismo tiempo que precisa completar todas las capas embrionarias”, explica Duboule.

Este sistema constituye el primer reloj “mecánico” jamás descubierto en genética y explica la exactitud en el desarrollo de los embriones y porqué el desarrollo embrionario es tan sumamente preciso.

Prueba de la complejidad de la evolución

El presente descubrimiento ha sido fruto de muchos años de trabajo. Bajo la dirección de Duboule y de Daniël Noordermeer, especialista en biotecnología, los investigadores analizaron miles de “carretes” de genes Hox.

Con la ayuda del Instituto Suizo de Bioinformática (SIB), los científicos pudieron reunir enormes cantidades de datos y de establecer la estructura de dichos carretes y los patrones para desenrollarse que los carretes seguían en cada momento. La investigación ha aparecido detallada en la revista Science.

El proceso constatado en la EPFL es compartido por numerosos seres vivos, desde los humanos hasta algunos tipos de gusanos, desde la ballena azul hasta los insectos.

La estructura de todos estos animales –la distribución de sus vértebras, sus extremidades y otros apéndices a lo largo de sus cuerpos- está programada como la partitura de una pieza de piano, gracias a la secuencia de los genes Hox a lo largo de la cadena de ADN.

El “reloj Hox” demuestra la extraordinaria complejidad de la evolución. Una notable propiedad del mecanismo es su extremada estabilidad, señala Duboule.

“Los relojes circadiano o menstrual implican una química compleja. Así se pueden adaptar a contextos cambiantes, pero en un sentido general son bastante imprecisos. El mecanismo que nosotros hemos descubierto es infinitamente más estable y preciso. Incluso el cambio más pequeño en él daría lugar a la emergencia de nuevas especies”, concluye el investigador.

Un ancestro común en la segmentación

En lo que se refiere a la segmentación, en 2010, investigadores franceses del Centro de Genética Molecular del CNRS y de la Universidad Paris Diderot demostraron que esta característica de la biología procede de un ancestro común, él mismo segmentado, que habría vivido hace unos 600 millones de años, y cuya aparición habría cambiado la faz de la Tierra.

Según señalaron entonces los científicos, este ancestro común explicaría que entre especies animales muy distintas (como el ciempiés, la lombriz de tierra o el ser humano) se dé una extraña coincidencia: en todos ellos se produce la repetición periódica de unidades anatómicas idénticas.