Investigadores del Laboratorio Europeo de Biología Molecular (EMBL, en sus siglas en inglés) han generado un embrión digital de pez cebra, el primer proyecto completo de desarrollo de un vertebrado. Los científicos pudieron realizar por primera vez un seguimiento de todas las células durante las primeras 24 horas de vida de un pez cebra gracias a un microscopio de reciente creación.
El estudio, publicado online en el último número de Science, ofrece múltiples perspectivas nuevas del desarrollo embrionario. Las películas del embrión digital que se publican muestran millones de posiciones de las células, sus divisiones y sus recorridos. Esta base de datos constituirá un nuevo recurso para la investigación y la formación científica.
“Imagínese poder seguir a todos los habitantes de una ciudad durante todo un día utilizando un telescopio del espacio. Es algo parecido a seguir a las decenas de miles de células que constituyen un embrión vertebrado, con la salvedad de que las células se mueven en tres dimensiones”, afirma Philipp Keller, quien junto con Annette Schmidt realizó la investigación en los laboratorios de Jochen Wittbrodt y Ernst Stelzer del EMBL.
Para pasar de una célula a un organismo complejo, las células tienen que dividirse, viajar por todo el cuerpo y formar estructuras complejas y tejidos especializados. La mejor forma de entender estos procesos dinámicos es mirar lo que sucede durante las primeras horas de la vida de cada parte de un embrión. Si bien esto es posible con invertebrados de tan sólo unos cientos de células, como por ejemplo las lombrices, hasta ahora ha sido imposible llevarlo a cabo con los vertebrados.
Los científicos aplicaron al seguimiento del embrión vivo del pez cebra desde la fase de una sola célula hasta las 20.000 células gracias a un microscopio Digital Scanned Laser Light Sheet que es capaz de explorar un organismo vivo con una capa de luz en muchas direcciones distintas. El ordenador construye una imagen tridimensional completa en un centro de computación gestionado por el Instituto de Tecnología de Karlsruhe.
Las nuevas percepciones adquiridas gracias al embrión digital son que los movimientos celulares fundamentales que después formarán el corazón y otros órganos son distintos de los que se había creído hasta el momento. Además, la posición de los ejes longitudinales del cuerpo del pez cebra es inducida previamente mediante señales que la madre deposita en el huevo.
Investigando el pez cebra
El pez cebra se utiliza mucho como modelo de organismo que comparte numerosas características con los vertebrados superiores. Con las 400.000 imágenes de cada embrión, el equipo interdisciplinario pudo generar terabites de datos de posiciones de células, movimientos y divisiones, que se volvieron a ensamblar para obtener una representación digital tridimensional del embrión completo durante su desarrollo.
“El embrión digital es como el Google Earth® del desarrollo embrionario, ofrece una visión de todo lo que ocurre durante las primeras 24 horas y permite ampliar todos los detalles hasta el nivel celular e incluso subcelular”, declara Jochen Wittbrodt, que recientemente se ha trasladado del EMBL a la Universidad de Heidelberg y al Instituto de Tecnología de Karlsruhe.
Esta nueva tecnología microscópica también puede aplicarse en ratones, pollos y ranas. Una comparación de los embriones digitales de estas especies probablemente aportará perspectivas cruciales para los principios básicos del desarrollo y su conservación durante la evolución.
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