El calamar modificado podría ser útil para la investigación del cerebro
El Calamar se encuentran entre los habitantes del océano más inteligentes. Junto con otros cefalópodos que arrojan tinta como pulpos y sepias, los calamares cuentan con el cerebro más grande de todos los invertebrados. También tienen un sistema nervioso increíblemente complejo capaz de camuflar instantáneamente sus cuerpos y comunicarse entre sí mediante diversas señales.
Los científicos se han maravillado durante mucho tiempo con estos comportamientos sofisticados y han tratado de comprender por qué estas criaturas con tentáculos son tan inteligentes. La edición de genes puede ayudar a los investigadores a desentrañar los misterios del cerebro de los cefalópodos. Pero hasta ahora, ha sido demasiado difícil de hacer, en parte porque los embriones de cefalópodos están protegidos por una capa externa dura que dificulta su manipulación.
Recientemente, un grupo de científicos marinos logró diseñar el primer calamar alterado genéticamente utilizando la herramienta de edición de ADN CRISPR. Además de ser un gran hito en biología, el avance tiene implicaciones potenciales para la salud humana: debido a sus grandes cerebros, los cefalópodos se utilizan para estudiar enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer y el Parkinson.
La capacidad de editar los genes de estos animales podría ayudar a los científicos a estudiar los genes involucrados en el aprendizaje y la memoria, así como los comportamientos específicos de los cefalópodos. «Creo que verás un gran salto en el uso de estos organismos [editados genéticamente] por los neurobiólogos», Joshua Rosenthal, PhD, científico principal del Laboratorio de Biología Marina en Woods Hole, Massachusetts, y arquitecto clave del primer calamar modificado genéticamente, dice OneZero .
Rosenthal y sus colegas utilizaron CRISPR para eliminar un gen responsable de la coloración de la piel del calamar. Como resultado, los calamares editados eran transparentes en lugar de tener sus habituales manchas rojizas. Los resultados aparecen en la edición del 30 de julio de la revista Current Biology .
Pero, ¿por qué molestarse en crear un calamar incoloro? Rosenthal dice que el gen de la pigmentación fue un punto de partida lógico para la experimentación. «Si ves que la pigmentación desaparece, es fácil ver si la edición de genes está funcionando», explica. Ser capaz de manipular el ADN de los cefalópodos permitirá a los científicos estudiar mejor lo que hacen sus genes individuales a un nivel muy básico.
El logro no fue fácil. Los científicos han creado con éxito ratones, monos y otros animales de investigación editados genéticamente para ayudarlos a estudiar una variedad de comportamientos y condiciones médicas. Pero hasta ahora, no habían logrado manipular los genes de los cefalópodos.
Por un lado, los científicos primero necesitaban un mapa del genoma del calamar para encontrar el lugar preciso en su ADN que querían editar. El genoma del calamar se completó recientemente, aunque aún no se ha publicado en una revista revisada por pares. Los investigadores también necesitaban una forma de crear embriones de calamar en el laboratorio y editarlos sin causar daños.
La coautora Karen Crawford, PhD, bióloga del desarrollo del St. Mary’s College of Maryland que estudia embriones animales, descubrió una manera de mezclar huevos de un calamar hembra y esperma de un calamar macho en las condiciones adecuadas para formar embriones.
Luego, el equipo tuvo que descubrir cómo inyectar el sistema CRISPR en los embriones. El recubrimiento de los embriones de calamar dificulta su penetración con una aguja. Cuando el equipo intentó inyectar los embriones, sus agujas seguían rompiéndose. Crawford desarrolló un par de micro tijeras para cortar un pequeño agujero en el revestimiento y permitir que una aguja de cuarzo especialmente hecha ingrese. Hacerlo fue especialmente complicado: un agujero demasiado grande puede hacer que el embrión rezume. Pero utilizando la técnica de Crawford, inyectaron con éxito CRISPR en los embriones poco después de la fertilización sin ningún daño.
Los investigadores utilizaron una especie llamada calamar costero de aleta larga, que migra a las aguas de Cape Cod cada primavera en masa. Durante décadas, los científicos han viajado a Woods Hole, en el extremo suroeste de Cape Cod, para recolectar y estudiar estos animales. La investigación sobre ellos condujo a descubrimientos revolucionarios sobre los impulsos nerviosos que ganaron el Premio Nobel en 1963 .
Pero los calamares costeros de aleta larga no pueden vivir mucho tiempo en un laboratorio porque crecen demasiado. En el futuro, los investigadores intentarán utilizar su técnica de edición de genes en especies más pequeñas de calamares que se pueden cultivar más fácilmente en tanques.
También quieren usar CRISPR para rastrear la actividad neuronal del calamar. La técnica se puede utilizar para insertar un gen llamado «reportero», que produce una proteína fluorescente que se enciende cuando el sistema nervioso está eléctricamente activo. “Este es un organismo con comportamientos sofisticados y muchas células nerviosas”, dice Rosenthal. «Sería bueno poder observar la actividad de esas células nerviosas, muchas de ellas a la vez para tratar de correlacionar el comportamiento con la actividad».
Si pueden hacerlo, los científicos podrían estudiar la estructura del cerebro involucrada en la increíble capacidad de camuflaje de estos animales. Los calamares usan su vista excepcional y un tipo de célula de la piel llamada cromatóforos para cambiar casi instantáneamente su color para esconderse de los depredadores. Estas células especializadas están conectadas al sistema nervioso.
«Los cefalópodos tienen un plan corporal extraño y loco», dice Rosenthal. «No se parecen a ningún otro organismo». Los científicos también están fascinados por las ventosas que recubren los brazos flexibles de los animales. Estos chupadores pueden sentir su entorno y procesar todo tipo de información sensorial, lo que esencialmente permite que los cefalópodos «piensen» con sus brazos.
Pero debido a su inteligencia avanzada, la manipulación genética de estos animales conlleva cuestiones éticas. En Canadá y Europa, la investigación sobre cefalópodos está muy regulada, pero en los Estados Unidos no existen tales protecciones. Por su parte, el Laboratorio de Biología Marina ha elaborado sus propias directrices sobre el uso ético y humano de los cefalópodos en la investigación.
Escribiendo en la revista Animal Sentience en 2019, las científicas Barbara King y Lori Marino argumentaron que los científicos deberían considerar el tratamiento de estos animales cuando los utilicen para la investigación. «Irónicamente, la mayoría de los investigadores que realizan estudios de pulpos señalan sus cerebros grandes, complejos y sofisticados como razones para querer estudiarlos, pasando por alto por completo el hecho de que esta podría ser la razón por la que deberíamos hacernos una pausa», dijeron.
A medida que los investigadores comiencen a alterar el código genético de estos animales, deberán considerar hasta dónde deberían llegar.
Información de: onezero.medium.com
