Genética del Desarrollo


INTRODUCCION

 

El desarrollo de organismos multicelulares a partir de una sola célula, el cigoto, hasta obtener un organismo adaptativo maduro para sobrevivir en el medio exterior se logra con base en el desarrollo de un embrión. El embrión es el resultado de las interacciones genotipo y medio ambiente, los genes heredados y el logro del organismo adulto. La genética del desarrollo estudia las etapas y transiciones y los procesos moleculares que median la estructuración del plan corporal embrionario.

El desarrollo comprende dos funciones básicas: genera diversidad celular y asegura la continuidad de la especie una generación tras otra. Surgen entonces, entre otras, dos preguntas: 1.) cómo el cigoto origina un cuerpo adulto ? y 2.) cómo se reproduce ese cuerpo adulto ? Las respuestas a estas preguntas se resuelven con el estudio de cuatro problemas generales: la diferenciación celular, la morfogénesis, el crecimiento y la reproducción.

Para entender el planteamiento actual de la genética del desarrollo demos un vistazo a la historia, a los orígenes de este campo de la biología.

El primer aporte científico fue enunciado por Hipócrates en el siglo V antes de Cristo. Hipócrates explicó el desarrollo en términos de los principios de calor, fluidez y solidificación, que eran los conceptos físicos que se estudiaban en ese momento.

Posteriormente, el griego Aristóteles planteó el problema del cómo de la formación del embrión e hipotetizó dos mecanismos diferentes: uno que enunciaba que todo el embrión estaba completamente preformado y crecía durante el desarrollo, hipótesis de la preformación (Figura 1.1)*, y el segundo que enunciaba que nuevas estructuras se iban formando de forma progresiva, hipótesis de la epigénesis. De estas dos hipótesis, Aristóteles apoyó conceptualmente más a la epigénesis.

En el siglo XVII, el italiano Marcello Malpighi siguió sustentando la hipótesis aristotélica de la preformación y fue durante este mismo período de tiempo que otros preformistas hablaron del homúnculos, un espermatozoide en cuya cabeza estaba contenido un organismo humano muy pequeño.

El tema y la discusión entre epigenistas y preformistas continuó hasta el siglo XVIII. En 1838 y 1839, dos alemanes, Scheleiden y Schwann enunciaron la teoría celular, lo que permitió al mundo científico reconocer que todos los organismos vivos estaban formados por células y por lo tanto, el desarrollo debía ser de tipo epigenético como resultado de la formación de nuevas células.

En el siglo XIX, el alemán August Weismann enunció que el cuerpo estaba formado por dos tipos celulares diferentes, las células germinales y las células somáticas. Las primeras las definió como las responsables directas de transmitir la herencia. De este planteamiento surgieron investigaciones en huevos de erizo de mar antes y después de fertilizados, llegando a sí al concepto de herencia, de cigoto, diploidía y haploidía. (Figura 1-2)*

Figura 1-2 Diferencias entre células somáticas y germinales.

Luego de que se reconoció que un embrión se formaba con base en las divisiones consecutivas de un cigoto, la siguiente pregunta que se enunció fue: cómo se originan tipos celulares diferentes ?

Fue así como Weismann en 1880 propuso el concepto de factores determinantes o especiales, que según su teoría se encontraban en el citoplasma y se distribuían desigualmente entre las células hijas durante la citoquinesis del ciclo celular. Este modelo se llamó del mosaico, ya que el oocito debía considerarse como un mosaico de determinantes localizados específicamente en el plasma. Roux apoyó este planteamiento con base en los experimentos que realizó con anfibios. (Figura 1-3)

Figura 1-3 Teoría de la Determinación Nuclear de Weismann

Posteriormente, un alumno de Roux, Hans Driesch, contradijo es hallazgo de Roux basado en sus experimentos en huevos de erizo de mar y demostró el fenómeno de regulación, que consiste en la habilidad que tiene un embrión de desarrollarse normalmente aún cuando le hayan sido removidas o reordenadas sus partes o células en las primeras etapas de desarrollo.

La demostración por Driesch del fenómeno de regulación condujo al concepto de interacción célula a célula en el transcurso del desarrollo embrionario. Así, Spemann en 1924 descubrió el fenómeno de inducción que enuncia que un tejido dirige el desarrollo de otro tejido. (figura 1-4)*

Figura 1-4 Resultado del experimento de Driesch en embriones

Con el redescubrimiento de las leyes de Mendel en 1900, resurgió gran interés por los mecanismos de la herencia en relación con la evolución de los seres vivos. La genética se definió, en este momento histórico, como el estudio de la transmisión de los genes de una generación a otra, mientras que la embriología encamisaba que la diferenciación celular permitía la formación de un embrión y los destinos morfológicos en particular, por lo que hasta este momento no se dio la conexión genética y desarrollo.

En 1909, el botánico Johannsen hizo distinción entre los conceptos de genotipo y fenotipo. Definió genotipo como la información genética que un organismo adquiere de sus padres y fenotipo a su apariencia visible, su estructura interna y bioquímica en cualquier etapa de su desarrollo. Mientras que el genotipo controla el desarrollo, el fenotipo resulta de la interacción entre el genotipo y factores del medio ambiente.

En 1940, se descubrió que los genes codifican proteínas y, como las propiedades de las células dependen de su contenido proteico específico, entonces, los genes tienen un papel fundamental en el desarrollo, ya que controlan qué proteínas deben ser sintetizadas y, por lo tanto, los cambios en las propiedades celulares y su comportamiento durante el desarrollo. (Figura 1-5)

Figura 1-5 Expresión de los Genes y Síntesis Proteíca

* Figuras tomadas de Wolpert, Lewis et al; Principles of Developement, Oxford University Press, 1998

PALABRAS CLAVE

* Organismo Multicelular
* Cigoto
* Proceso molecular
* Genotipo
* Medio ambiente
* Estructura / función

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