Dimecres passat, 20 d’octubre, va venir Cristina Pujades, de la Universitat Pompeu Fabra al PRBB al cafè científic per parlar-nos de cucs i mosques, fins a peixos i ratolins. La pregunta subjacent era: què tenim en comú els humans amb la mosca, el peix, el ratolí i el cuc? Podem aprendre sobre els mecanismes d’envelliment, demència i resposta immunitària estudiant el desenvolupament embrionari de mosques i cucs?
Molts dels descobriments de l’ultima dècada en la biologia del desenvolupament han tingut una importància sorprenent per la salut humana. Qui hagués dit fa 10 anys que aprendríem sobre els mecanismes de l’envelliment, la demència i la resposta immunitària estudiant el desenvolupament embrionari de mosques i cucs? És actualment acceptable treballar en aspectes aparentment llunyans de la biologia utilitzant organismes model sense connexions directes i clares amb la biologia humana?
Els polítics i la recerca
De tota manera, la Cristina no se’n va poder estar i també va incloure política científica. Justament perquè la candidata a vicepresidenta de les darreres eleccions als Estats Units, Sarah Palin, va dir justament que era absurd invertir en estudis de recerca bàsica fets en “mascotes” com ara el peix zebra, la mosca drosòfila o el cuc elegant.
La candidata desconeix, i probablement no l’interessa, que estudiant la memòria a llarg termini en drosòfila s’ha arribat a trobar, per exemple, un factor de risc de predisposició a l’autisme en humans. I desconeix també que l’inici de la formació del cervell en humans és com el del peix zebra. I que conèixer l’envelliment del sistema nerviós del cuc ens pot donar claus per comprendre el del nostre. I això perquè passa?
Per què cercar-nos en animals simples?
En ciència ja fa temps que se sap que estudiant animals menys complexos que nosaltres, podem comprendre com funcionem. I que comprenent les condicions normals, podem també arribar a comprendre les condicions patològiques. I comprendre-les, vol dir pensar a posar-hi remei.
Francis Crick −qui, per cert, quan va trobar l’estructura del DNA amb James Watson (una recerca aleshores considerada bàsica, sense aplicació) no va sospitar fins on podia arribar la troballa en la comprensió del funcionament molecular dels humans i en aplicació diagnòstica i terapèutica− va dir una vegada que als embrions els agraden les ratlles. Què volia dir?
Doncs volia dir que els elements bàsics per a fer-nos són pocs i el que succeeix durant el desenvolupament és que es repeteixen les estructures. Així, l’estructura bàsica d’una vèrtebra es repeteix fins a tenir la columna sencera; com també veiem estructures repetides en gambes i en cucs.
És a dir, ens desenvolupant afegint complexitat a estructures senzilles; com també l’evolució ha anat afegint complexitat a organismes més senzills per tenir organismes més complexos. Així doncs, per comprendre el nostre funcionament a partir d’organismes més simples, només cal estudiar els seus regles de funcionament i afegir complexitat.
Els animals d’experimentació
Des de fa 25 anys es fa servir com animal d’experimentació el cuc dit elegant (Caenorhabditis elegans), perquè és fàcil seguir el llinatge de les 1.000 cèl·lules que arriba a tenir d’adult, sabent que D’una altra banda, és fàcil resseguir-les, perquè les cèl·lules que s’estudien poden fer-se fluorescents i ser detectades amb microscòpia confocal, per exemple.
El primer en fer servir la mosca de la fruita (Drosophila melanogaster) com a model va ser Thomas Morgan. Observant-les va veure que tot i que la majoria tenia els ulls vermells, de tant en tant n’apareixia alguna amb els ulls blancs. Quan les creuava va adonar-se que era un caràcter hereditari. Aleshores va voler determinar quins caràcters hereditaris podien ser estudiats. Es diu que va expressar: “Excepte amb amor, les vaig tractar amb tot el que vaig trobar.”
Drosòfila és fàcil de cultivar en pots de vidre, té un cicle vital curt: en 20 dies es pot tenir una mosca adulta; i té uns cromosomes gegants en les glàndules salivals, que es veuen molt bé al microscopi òptic. Per això s’han fet servir molt en experiments de genètica.
I en aquest invertebrat s’han pogut trobar també similituds de desenvolupament amb els humans. Per exemple, estudiant els gens (o les famílies de gens) que codifiquen per les ales, s’ha vist que són semblants als que desenvolupen les nostres extremitats. I, buscant els gens que les formaven es va poder conèixer el factor FGF que havia causat el gran drama de la talidomida entre 1958 i 1963.
El peix zebra (Danio rerio) és un dels vertebrats més senzills i es cria per a estudis de desenvolupament perquè la femella pon 200 ous, que el mascle fertilitza externament. Mirats amb lupa són uns ous preciosos: grans, translúcids. De manera que en podem veure el seu desenvolupament al microscopi. I, en ser vertebrat, permet una major aproximació a la nostra espècie.
Un animal curiós que es va emprar en la dècada de 1930 com a model en experiments de desenvolupament és l’axolot (Ambystoma). Aquest amfibi ara torna a fer-se servir malgrat la raresa per la capacitat de regeneració que té de parts del seu cos, com ara les potes. També es fan servir ous i pollets d’algunes aus per a veure el desenvolupament en els diversos moments de desenvolupament embrionari.
Treballar amb rates o ratolins és més complex, especialment en estudis de desenvolupament, perquè és intrauterí, i cada vegada que se’ls estudia, cal sacrificar l’animal. Aquestes pràctiques han generat la creació de normes ètiques, com ara el protocol d’Helsinki que cal seguir per a l’experimentació amb animals superiors.
Protocols per a l’experimentació animal
A Catalunya, el compliment del protocol d’Helsinki està regulat per la Generalitat, que vetlla també que se segueixin les pautes que marquen els comitès d’ètica de les diferents institucions. A més, per a publicar un article en una revista d’impacte (allà on els científics volen publicar) és necessari presentar el certificat de compliment si és que s’han fet servir animals que estan inclosos en aquest protocol.
En l’experimentació amb animals es demana que es compleixin les 3R: reduir el nombre d’animals, reflexionar si és o no necessari, i reemplaçar si és possible, per un animal menys complex o per una tècnica que no impliqui l’ús d’animals.
Ara bé, atès que rates i ratolins són mamífers, més propers que un peix, per exemple, en determinats estudis la seva aportació és de molta ajuda. I no cal dir que experimentar amb primats és encara més complex, pel que fa a la regulació.
Les cèl·lules mare
A partir del desenvolupament d’un individu, es pot pensar en el desenvolupament de part d’un individu. I això ens duu a parlar de les cèl·lules que poden donar peu a aquest procés: les cèl·lules dites mare.
Però als Estats Units està prohibit experimentar amb diners públics en cèl·lules mare embrionàries (tot i que no amb diners privats). Obama, que va intentar abolir aquesta llei, no ho va aconseguir. Aleshores, alguns investigadors van recordar la peculiar biologia de l’axolot (Ambystoma) capaç de regenerar una pota amputada, per això se l’ha recuperat com a animal d’experimentació, buscant com les cèl·lules mare permeten que se regeneri un braç i no un monyó.
Ara bé, pel que fa al cervell, el 2007 hi va haver una revolució en els estudis de regeneració, perquè es van trobar dos reservoris de cèl·lules mare. Allò que dèiem de les repeticions per augmentar complexitat, el ratolí té un nucli de regeneració mentre que en els humans se n’han trobat dos.
En paral·lel també s’han aconseguit cèl·lules mare pluripotencials induïdes per immersió en cocktails que contenen diversos factors de creixement i desenvolupament. Així, mitjançant una pràctica complexa s’han pogut obtenir neurones a partir de cèl·lules de la pell. I aquesta mena d’estudis permeten parlar de recerca translacional: from the bench to the bed; de la poiata al llit, del laboratori a la clínica.
La complexitat
Quan es feia la cursa pel genoma humà, hi havia apostes sobre el nombre de gens que trobarien en els humans i alguns havien arribat a predir-ne més de cent mil. Però una altra de les afrontes que ha hagut de superar l’arrogància humana és que, si les mosques tenen entorn 20.000 gens, nosaltres en tenim 30.000.
Els gens estan en la molècula de DNA i són traduïts a proteïnes, algunes de les quals tenen una vida curta, o bé formen part de xarxes que regulen l’expressió d’altres gens, d’altres proteïnes… en fi, que regulen el desenvolupament i la formació d’un animal complex com som els humans.
Així doncs, si tenim pocs més gens que un cuc, hem de pensar que la complexitat no depèn només dels gens. Sabem que gran part del genoma no conté gens, sinó que duu informació complementària que indica quan i on un gen s’ha de posar en marxa.
I així ha començat el que es diu la genòmica funcional, que és la que estudia els mecanismes que “desperten” els gens. És una disciplina encetada per Sydney Brenner, el primer en fer servir C. elegans com a animal d’experimentació, per la qual cosa va rebre el premi Nobel.
De manera que ara s’ha començat a estudiar genòmica emprant com a model el peix fugu −conegut per la seva exquisidesa i perillositat gastronòmiques−, que té un genoma molt compacte, gairebé sense seqüències intermèdies. Així es comparen els genomes i les regions veïnes dels gens i es pot determinar millor la funcionalitat en la informació del DNA.
Cristina ens ha explicat una part de la seva feina, i ha recordat que si els ciutadans tenim les eines per opinar, no ens empassem discursos com el de la Palin.
