C. elegans, un modelo animal clave para entender el envejecimiento

Índice

Introducción

La experimentación animal es un método científico que tiene como objetivo el empleo de uso de animales para experimentos científicos. No es método recomendado siempre que existan alternativas en experimentación con el mismo nivel de evidencia científica, pero en determinados casos es necesario su uso ya que no puede realizarse los experimentos con seres humanos.

Los modelos animales son una parte crítica de la investigación biológica, por lo tanto, se necesitan para poder estudiar y ensayar procesos biológicos similares que tienen lugar en otras especies. En el día de hoy, os presentamos al nematodo Caenorhabditis elegans, un modelo animal utilizado para estudiar enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad del Parkinson y la enfermedad de Alzheimer.

Historia

Fue establecido como sistema modelo por Sydney Brenner en la década de 1970 para explorar la base genética de la actividad. Años más tarde, recibiría el premio nobel de Fisiología o Medicina en 2002, junto a John Sulston y H. Robert Horvitz, por establecer el gusano C. elegans como organismo modelo para estudiar el desarrollo, y por su descripción de la apoptosis o muerte celular programada¹.

Figura 1. Sydney Brenner, biólogo sudafricano².

3. Anatomía y ciclo de vida de C. elegans.

C. elegans es un nematodo hermafrodita autofértil, de 1 mm de largo en su etapa adulta, que crece en el suelo^3.4. Es un modelo animal que posee una alta capacidad de reproducción y una vida corta, sobrevive a 20 ºC durante aproximadamente 3 semanas. Una de las principales ventajas de C. elegans es que los fenotipos deseados se pueden evaluar más rápido que cualquier otro organismo modelo. Es un organismo multicelular compuesto por cerebro, faringe, intestino, gónadas, músculos y recto (Figura 2.a)⁵.

Cuando el alimento es abundante, la temperatura es óptima y el hacinamiento no es un problema, el ciclo de vida de C. elegans se completa en aproximadamente 3 días a 20 °C. Después de salir del huevo, las larvas de C. elegans pasan por cuatro estadios larvarios, L1–L4, antes de convertirse en adultos. En condiciones ambientales adversas, las larvas tempranas pueden detener el desarrollo de manera reversible como larvas dauer. Estas larvas tienen una morfología distinta y una biología adaptada para la supervivencia a largo plazo (Figura 2.b)⁶.

Figura 2. (a) Esquema que muestra la anatomía de un C. elegans adulto. (b) Ciclo de vida de C. elegans a 22 °C. La fertilización ocurre en el tiempo 0 min. Los números a lo largo de las flechas indican el tiempo que el animal pasa en cada etapa⁶.

¿Porqué utilizar un gusano como modelo animal?

A pesar de su falta de complejidad, C. elegans comparte muchas vías moleculares y mecanismos celulares conservados con los mamíferos, lo que permite estudios comparativos⁷. Gracias a que el genoma de C. elegans está completamente secuenciado, podemos saber el número de genes establecidos en unos 20.000, divididos en 6 cromosomas distintos, compartiendo entre el 60-80% de genes humanos, aproximadamente el 40% de genes humanos están relacionados con enfermedades⁸.

El nematodo C. elegans es particularmente adecuado para investigar fármacos y compuestos bioactivos en enfermedades neurodegenerativas como la Enfermedad de Parkinson. C. elegans tiene 302 neuronas con 8 neuronas dopaminérgicas, y su cuerpo transparente permite observar in vivo las células marcadas con fluorescencia. Debido a que las vías de señalización involucradas en el procesamiento y transporte de la dopamina están altamente conservadas entre C. elegans y los organismos mamíferos, es adecuado para la investigación de los mecanismos reguladores asociados con las enfermedades de las neuronas dopaminérgicas⁹.

Tabla 1. Estirpes de C. elegans más comunes.

También existen otras estirpes transgénicas que pueden reproducir fenotipos de otras enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Huntington y la esclerosis lateral amiotrófica (ELA). Todas estas estirpes se pueden comprar en Caenorhabditis Genetics Center.

Mantenimiento en el laboratorio

Una de las ventajas de este modelo animal, es su fácil y barato mantenimiento en el laboratorio mediante placas de Petri con medio NGM sólido (Nematode Growth Medium). Como alimento, se utiliza la estirpe OP50 de E. coli que es una bacteria auxótrofa cuyo crecimiento está limitado en este medio y se mantienen a 21 ºC en una incubadora. Los gusanos se pueden transportar de una placa a otra en un ambiente estéril para realizar ensayos de longevidad, debido a su plazo corto de día podemos ver rápidamente los resultados en menos de 1 mes. También podemos realizar ensayos de agregación cuantificando las proteínas amilogénicas marcadas fluorescentemente con un software de imagen.

Figura 3. Mantenimiento de C. elegans en el laboratorio¹⁴.

Conclusión

Como habéis visto, C. elegans es particularmente adecuado para investigar enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad del Parkinson. También es muy utilizado para evaluar ensayos de toxicidad de plaguicidas o fármacos. Recientemente, se están realizando grandes investigaciones sobre el microbioma de C. elegans, desde hace poco desconocido¹⁵.

Si queréis saber más sobre este modelo animal, os invito a leer las investigaciones del grupo BIO-184 (estrés celular y edad) de la Universidad de Jaén y las investigaciones del grupo de homeostasis redox, situado en el IBIS (Instituto de Biomedicina de Sevilla), dejo los enlaces en bibliografía.

Bibliografía

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