¿Cómo regeneran sus órganos las serpientes?

Los investigadores han estudiado rasgos únicos de la evolución de las serpientes para, en el futuro, tratar enfermedades humanas

Python bivittatus

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Foto: Todd Castoe

25 de junio de 2017

La evolución es un proceso que se desarrolla durante miles de años. Sin embargo, durante el transcurso del mismo quedan patentes en el genoma de los organismos ciertas marcas que en la actualidad pueden ser detectadas mediante técnicas secuenciación y análisis de ADN.

La comprensión del vínculo entre ADN y las diferencias entre especies, es fundamental para comprender su biología

A medida que los métodos para estudiar y comparar estos datos genéticos mejoran, los científicos están comenzando a decodificar estas marcas para reconstruir la historia evolutiva de las especies, así como para conocer las variantes genéticas dan lugar a los rasgos únicos de algunas de ellas.

En este sentido, un equipo de científicos de la Universidad de Texas dirigido por el profesor de biología Todd Castoe ha estado investigando el genoma de serpientes y lagartos para responder a algunas de las preguntas más habituales sobre la historia evolutiva de estas criaturas.

¿Cómo desarrollaron el veneno algunos reptiles? ¿cómo regeneran sus órganos?, o en un sentido más amplio, ¿qué variaciones en su código genético dieron lugar a la especialización de sus órganos y a las funciones que estos realizan?

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"Estas son algunas de las preguntas que impulsan nuestra investigación – explica Castoe- sin embargo, tratar dar una explicación genética a estas preguntas es sorprendentemente difícil teniendo en cuenta que la mayoría de los genomas de los vertebrados, incluyendo el del ser humano, están compuestos de miles de millones de bases de ADN que pueden determinar el desarrollo de un organismo y sus peculiaridades". “La comprensión de estos vínculos entre ADN y las diferencias a las que dan lugar en cuanto a la forma y funciones que adoptan las distintas especies, es fundamental para comprender su biología. Además se trata de un proceso muy complejo, por lo que para ello hemos requerido de una tecnología con un enorme potencial de cálculo”, añade.

Así, en aras de estudiar como en los vertebrados estas variaciones en el ADN se traducen en una estructura biológica con una determinada función, el grupo de Castoe se valió de los superordenadores del Centro de Computación Avanzada de Texas –TACC- uno de los principales centros mundiales en técnicas de análisis computacional.

Un sistema digestivo versátil

Las pitones birmanas -Python bivittatus- así como otras serpientes, regulan de forma muy agresiva sus funciones metabólicas y fisiológicas durante los períodos prolongados de ayuno. Durante este tiempo sus órganos se atrofian, ahorrando toda la energía posible. Sin embargo, al alimentarse, el tamaño y la función de estos órganos junto a la capacidad de generar energía vuelve a su estado operativo aumentando dramáticamente de tamaño para realizar la digestión.

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Una de las incógnitas sobre la que los investigadores pretendían arrojar algo de luz, fue el modo en como las pitones birmanas regeneran sus órganos - incluyendo corazón, hígado, riñón e intestino delgado – en aras de digerir a sus presas. Así, durante las 48 consecutivas a la ingestión de una presa, las pitones birmanas pueden multiplicar por 44 su tasa metabólica, aumentando la masa corporal de sus principales órganos entre el 40 y el 100 %.

Para obtener una respuesta, tal y como lo explican los científicos en el artículo Growth and stress response mechanisms underlying post-feeding regenerative organ growth in the Burmese python, publicado en la revista Ecology and evolution, los investigadores analizaron y compararon la expresión génica de las pitones en tres momentos distintos: estando en ayunas, un día después de alimentarse y 4 días después.

De este modo, se secuenció el genoma de la Pitón birmana en estos tres estados identificándose que unos 1.700 genes mostraban diferencias significativas antes y después de alimentarse. A continuación se realizó un análisis estadístico para identificar en diferentes tipos de tejido, los genes impulsores de la regeneración de órganos.

"Nuestra esperanza es que podamos aprovechar nuestra comprensión de cómo las serpientes logran la regeneración sus órganos para un día tratar las enfermedades humanas"

Lo que encontraron los científicos fue que unos escasos conjuntos de genes estaban influyendo en el cambio de la estructura de los órganos internos de las pitones a través de la síntesis de ciertas proteínas clave. Estas proteínas clave, producidas y reguladas por orden de estos conjuntos específicos de genes, activaron una cascada señales químicas hacia los tejidos que se tradujeron en el crecimiento regenerativo de sus órganos.

De un modo intrigante, los científicos han podido comprobar que incluso las células de algunos mamíferos han mostrado una respuesta a las señales químicas generadas por las pitones birmanas tras alimentarse, lo que sugiere que estas funciones de señalización pueden darse análogamente en otras especies, y por lo que un día su estudio podría tener una aplicación en la mejora de la salud humana.

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"Estamos interesados ​​en entender la base molecular de este fenómeno y conocer los genes relacionados con la regulación de esta respuesta alimenticia", explica Daren Card, estudiante de doctorado en el laboratorio de Castoe y uno de los autores del estudio. "Nuestra esperanza es que podamos aprovechar nuestra comprensión de cómo las serpientes logran la regeneración sus órganos para un día tratar las enfermedades humanas", concluye.