Para un grupo de pequeños animales acuáticos conocidos como hidra, la decapitación es más un inconveniente que cualquier otra cosa. Gracias a las increíbles habilidades regenerativas de las criaturas, no tiene por qué ser fatal.
Sin embargo, los procesos que gobiernan cómo las hidra logran volver a crecer sus cabezas siguen siendo un misterio. Con la esperanza de comprender los fundamentos genéticos de esta hazaña, los científicos han examinado de cerca qué genes se activan y desactivan durante la regeneración y cómo se controlan.
“Queríamos saber … ¿qué está sucediendo a nivel del genoma que le dice a estas células que crezcan o dejen de crecer, y cómo se compara eso con el desarrollo normal?” dice Aide Macias-Muñoz, biólogo evolutivo de la Universidad de California, Santa Bárbara, quien realizó la investigación mientras estaba en la Universidad de California, Irvine.
Ella y sus colegas encontraron diferencias clave en el crecimiento de la cabeza durante la regeneración y la gemación, la forma de reproducción asexual utilizada por la hidra y algunos otros animales como los corales. El equipo también señaló que algunos de los mecanismos involucrados en la regeneración de la hidra son similares a los que controlan el desarrollo en otros animales. Esto podría significar que estas “herramientas de desarrollo” tienen una historia antigua dentro del reino animal, dice Macias-Muñoz, quien publicó los hallazgos
Hydra pertenece a un grupo más grande de invertebrados llamados cnidarios, que también incluye anémonas de mar, corales y medusas. Sus cuerpos simples tienen forma de tubo con la boca y los tentáculos en un extremo, y un “pie” que se adhiere a la roca circundante u otra superficie sólida en el otro.
Algunos animales, como las lagartijas y las salamandras, pueden volver a crecer las extremidades perdidas. Pero la hidra, junto con algunos gusanos y otros animales, lleva la regeneración al extremo. Cerca de sus piezas bucales, las hidra tienen un grupo de 50 a 300 células llamado organizador de la cabeza; como su nombre lo indica, dirige el desarrollo de la cabeza. Si se decapita una hidra, se puede formar un nuevo organizador y hacer que el animal vuelva a crecer la cabeza. Mientras tanto, la cabeza que fue cortada a veces volverá a crecer en la parte inferior de su cuerpo.
Los científicos también han injertado con éxito cabezas de hidra en los cuerpos decapitados de otras hidra. Y si una hidra se rompe en pequeños grupos de células, esos grupos que incluyen células organizadoras de la cabeza volverán a crecer en todo el cuerpo, dice Macias-Muñoz.
Ella y su equipo investigaron si las hidra siguen instrucciones similares para construir sus cabezas durante la regeneración y la gemación (en las que el animal crece un pequeño brote que eventualmente se desprende para formar una hidra completamente nueva). Analizaron muestras de tejido tomadas de hidra sometidas a ambos procesos e identificaron 298 genes que se expresaron de manera diferente durante la regeneración de la cabeza y la gemación. Estos incluían genes previamente vinculados a la formación de organizadores de la cabeza en hidra, así como genes involucrados en el proceso de regeneración en otros animales.
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“La regeneración y la brotación, aunque se obtiene el mismo resultado, toman trayectorias diferentes”, dice Macias-Muñoz.
Ella y sus colegas también examinaron los mecanismos que controlan si las instrucciones en estos genes se llevan a cabo durante la regeneración. Se concentraron en la cromatina de los animales, material genético muy compacto que consta de ADN y proteínas. Cuando un tramo de cromatina está “cerrado”, las proteínas llamadas histonas lo mantienen envuelto para que no se pueda leer el ADN que contiene; cuando la cromatina está “abierta”, otras proteínas pueden unirse y transcribir el ADN.
“Algunas áreas de la cromatina están abiertas en ciertos momentos de regeneración y en otros momentos están cerradas”, dice Macias-Muñoz. “Así que no es solo que los genes se activan y desactivan, también es que este cambio de la cromatina abierta o cerrada está ayudando a regular la expresión de estos genes importantes para la regeneración”.
Los investigadores también identificaron regiones dentro de la cromatina que se sabe que se unen a proteínas que juegan un papel importante en el desarrollo de diferentes especies animales. Esto sugiere que parte de la maquinaria genética subyacente a la regeneración evolucionó antes de que los cnidarios se separaran de los antepasados de animales más “complejos” como los humanos, dice Macias-Muñoz.
Los hallazgos plantean una pregunta intrigante, dice ella. ¿La regeneración de tejidos funciona de manera muy similar en hidra y otros animales? ¿O los animales como las lagartijas y las salamandras están “reconectando” los genes del desarrollo de formas únicas y diferentes para lograr un efecto similar al de la hidra?
En el futuro, Macias-Muñoz explorará cómo interactúan los genes y los procesos de control que ella y su equipo identificaron. “El siguiente paso sería probarlos funcionalmente y verificar que estén haciendo algo en la regeneración”, dice.
Investigar cómo funciona la regeneración en organismos simples como la hidra, y qué tan similar es a los procesos en otros animales, podría conducir a conocimientos sobre cómo el desarrollo va mal en los humanos.
“El estudio de la hidra nos da una visión fundamental de lo que pueden hacer las células y cuáles son los mecanismos a nivel genético”, dice Macias-Muñoz. “Si podemos descubrir cómo alterarlos o arreglar la alteración en otros organismos, entonces tal vez podríamos empezar a pensar en cómo esas alteraciones que ocurren y causan enfermedades pueden … tratarse de manera diferente”.