Estudios de toxicidad de mercurio en el desarrollo embrionario de la mosca de fruta

Por Aketzalli González

Ciudad de México. 22 de enero de 2018 (Agencia Informativa Conacyt).- Las vías de señalización determinan el desarrollo de un organismo pluricelular, controlando una o más funciones en las células. Se ha demostrado que los metales pesados pueden afectar estas interacciones provocando anomalías en el desarrollo del organismo. Tales procesos han sido estudiados con técnicas de florescencia por el grupo de investigación que dirige el doctor Luis Humberto Mojica Vázquez, en el Centro de Ciencias de la Atmósfera de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), usando como organismo modelo la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster).

1 HEAD mosca2218 1 Drosophila melanogaster proboscis.

En la actualidad, la concentración de metales como el mercurio, ha aumentado considerablemente en el ambiente, debido a las múltiples actividades que lleva a cabo el ser humano, representando un serio problema tanto para el ambiente como para los organismos vivos. A pesar de que el mercurio es un metal abundante en la corteza terrestre y ampliamente utilizado por el ser humano, puede ser extremadamente tóxico en grandes cantidades.

“El mercurio puede afectar directamente el ADN. Lo que se ha encontrado es que en células germinales de Drosophila melanogaster expuestas a este metal se ve afectado su desarrollo normal. Es decir, si estamos hablando de una afectación de células germinales, estamos hablando de que se afecta la fertilidad directa de una especie, en este caso en particular de la mosca. Entonces se podría pensar que puede afectar la fertilidad de cualquier organismo”, comentó Luis Humberto Mojica, investigador adscrito al programa Cátedras Conacyt desde 2016.

En los últimos años se han llevado a cabo numerosos estudios sobre los posibles efectos genotóxicos de los compuestos de mercurio; sin embargo, son pioneros los estudios que se encargan de analizar las afectaciones que puede causar a nivel molecular. En entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, Luis Mojica expuso parte de las investigaciones que realiza, además de detalles que nos ayudan a vislumbrar cuál es el funcionamiento de las vías de señalización y por qué se usa la mosca de fruta como un organismo modelo.

Luis Humberto Mojica estudió la licenciatura de biología en la Facultad de Ciencias y se especializó en el área de biología molecular y biología celular. Su primera formación fue a partir de trabajar con estudios con cáncer y después con genética y biología del desarrollo. El primer contacto con las vías de señalización le abrió las puertas a comprender qué son y de qué forma normal están expresadas en el desarrollo. Conacyt le otorgó una beca que le permitió realizar estudios de doctorado en biotecnología y genética en la Université Paul Sabatier, Toulouse, Francia, y así poder comprender cómo se regulan las vías de señalización.

Actualmente desarrolla sus investigaciones en colaboración con la doctora Justine Oyallon, de la Facultad de Ciencias, y la doctora Ma. Elena Calderón Segura. Es parte del Sistema Nacional de Investigadores (SNI) nivel II.

Los trabajos del investigador consisten en identificar los ovarios de las moscas, muy similares a los ovocitos de los mamíferos. En los ovarios se detectan las células germinales en sus primeras etapas del desarrollo que se pueden seguir mediante florescencia, con la utilización de diferentes moscas transgénicas.

El proceso consiste en colocar un gen fluorescente al lado de un gen de interés que permite visualizar moléculas que no se pueden ver normalmente, y a partir de esto se pueden distinguir, en la moscas, las variaciones provocadas como consecuencia de la exposición al mercurio.

Células en comunicación

Las vías de señalización son redes complejas de mecanismos moleculares que permiten la comunicación de una célula a otra. Las células son capaces de comprender el “mensaje” o la señalización mediante la unión de ligandos o mensajeros moleculares con otros elementos que se conocen como receptores de membrana, ubicados en la superficie celular. La comunicación celular es tan compleja que una célula tiene la capacidad de presentar distintos tipos de receptores, permitiéndole así recibir señales o estímulos simultáneos que al ser enviados al interior de la célula dirigen la expresión genética, guiando la célula hacia un destino en específico (muerte, proliferación o diferenciación) y generando, a su vez, un patrón fenotípico.

“Cuando hablábamos de vías de señalización, hablamos de cómo se comunican las diferentes células, y lo que tratamos de hacer es entender cómo es que el mercurio afecta, a nivel molecular, diferentes órganos de la Drosophila, como el sistema nervioso central, órganos sexuales y sistema inmunitario. Como estos sistemas tienen un parecido con los mamíferos, entre ellos el ser humano, queremos comprender los daños a los que cualquier ser vivo puede estar expuesto y cómo es que el mercurio, presente en el ambiente, afecta estos órganos y el desarrollo en las moscas”, añadió el experto.

Indicó que las vías de señalización se conforman, en su mayoría, por proteínas o factores de transcripción que al interior de la célula (en el núcleo) interactúan con secuencias o sitios particulares del ADN, actuando como circuitos y sistemas complejos que existen en casi todas las células de un organismo y que son activos en las diferentes etapas del desarrollo.

“Eso da una especificidad a la expresión del genoma. Un ejemplo que se conoce muchísimo es la vía WNT, esta vía se ha estudiado principalmente en etapas del desarrollo, tanto en mamíferos como en la mosca, y de igual forma es muy importante para dirigir la simetría, es decir, todos los organismos tenemos una parte dorsal, frontal”.

Las plantas y animales comparten ciertos mecanismos básicos como son las vías de señalización; sin embargo, existen componentes que son únicas en cada grupo. En el caso de la mosca y el ser humano, algunas vías presentan similitudes extraordinarias y están involucradas en procesos básicos, hasta la formación de órganos.

De la mosca al ser humano

El doctor Mojica indicó que la mosca de fruta es uno de los organismos más usados en la investigación biológica, al tratarse de un organismo modelo en muchos sentidos, ya que varios de sus procesos genéticos y moleculares se conservan en casi todos los animales. Dada esta similitud en los genes, ha sido posible identificar en los mamíferos, como el ser humano, los genes equivalentes que presentan una función importante durante el desarrollo embrionario.

“La mosca presenta al igual que el hombre, órganos homólogos como el hígado, sistema nervioso, digestivo, sistema inmunitario; siendo un sistema que cuenta con los mismos órganos que contamos nosotros. Esto nos da pie de saber cómo podemos afectar este sistema en diferentes condiciones y extrapolarlo al ser humano”, explicó.

Asimismo, estudiarla resulta sencillo y con un costo menor a lo que sería trabajar con un organismo más grande. Sin embargo, las principales razones se centran en sus características biológicas, que permiten manejarla y reproducirla de forma más sencilla, pues las herramientas que se tienen actualmente para el estudio de genética y biología molecular en las moscas son variadas, siendo accesibles en su manipulación.

El doctor Mojica explicó algunas de las razones por las que la mosca es un organismo modelo: es pequeña y de fácil mantenimiento y crecimiento en el laboratorio; tiene un ciclo de vida corto; alta fertilidad (las hembras pueden llegar a poner 100 huevos en un día). De igual forma, diferentes estudios han mostrado que aproximadamente 75 por ciento de los genes involucrados en enfermedades genéticas conocidas en el hombre corresponde a genes encontrados en la mosca. Lo que brinda un conjunto de ventajas a la hora de detectar actividades mutagénicas de agentes potencialmente carcinógenos.

“Durante el desarrollo de las moscas se forman estructuras que originan las alas, actualmente lo que se puede hacer es estudiarlas con florescencia. Con esta técnica se puede ver en qué momento en los órganos se están expresando las diferentes vías de señalización, como lo es la vía Notch u otra vía de señalización. Esto nos abre las puertas a seguir estos patrones de expresión de la vía, que ya se conocen, y estudiar qué es lo que pasa en presencia de tóxicos, si se alteran o no”, señaló.

A pesar de los descubrimientos de los genes que actúan en el desarrollo en los mamíferos, los estudios de genética del desarrollo en la mosca de la fruta pueden ser un marco de referencia para entender interrogantes que no se han resuelto, referentes a las afectaciones de contaminantes en los organismos y al desarrollo embrionario en los seres humanos.