La Epigenética: Una Clave Oculta en la Determinación y Evolución del Sexo

 La Epigenética: Una Clave Oculta en la Determinación y Evolución del Sexo

¿Alguna vez te has preguntado cómo se decide el sexo de un organismo, o cómo las especies pueden cambiar de sistema sexual a lo largo del tiempo? Más allá de los genes, un campo fascinante llamado epigenética está revelando respuestas sorprendentes. Recientemente, el Dr. Francesc Piferrer ha propuesto una hipótesis intrigante sobre el doble rol de la epigenética en este proceso en vertebrados. Complementando esta perspectiva, un nuevo estudio de Muyle et al. profundiza en cómo la epigenética impulsa la evolución de los cromosomas sexuales en animales y plantas.

¿Qué es la Epigenética?

Imagina que tu ADN es un libro de cocina. Los genes son las recetas, pero la epigenética son las notas adhesivas o los resaltados que le añades. Estas "modificaciones químicas" no cambian la receta en sí (la secuencia de ADN), pero sí influyen en cómo se leen o se expresan esas recetas. Los mecanismos clave incluyen la metilación del ADN (añadir un grupo químico a las bases del ADN) y las modificaciones de las histonas (proteínas que empaquetan el ADN). La cromatina abierta (eucromatina) permite la expresión génica, mientras que la heterocromatina es ADN silenciado y compacto, marcado por metilación del ADN o marcas de histonas represivas.

Estas marcas epigenéticas son asombrosas porque:

• Pueden influir en la expresión génica y la estructura del ADN.
• Son sensibles a los cambios ambientales.
• ¡Pueden heredarse, no solo de célula a célula, sino también de padres a hijos!

El Doble Rol de la Epigenética en el Sexo:

La hipótesis de Piferrer sugiere que la epigenética juega dos papeles principales en la sexualidad de los vertebrados:

1. Dentro de una misma generación (Determinación y Mantenimiento del Sexo): La epigenética contribuye a que un individuo adquiera y mantenga su función sexual.

   • En especies con sexos separados (gonocorismo), determina si será macho o hembra.
   • En hermafroditas, ayuda a que el mismo individuo tenga funciones masculinas y femeninas simultáneamente, o cambie de un sexo a otro (hermafroditismo secuencial). Se ha llegado a considerar al hermafroditismo como un producto de la determinación sexual epigenética.
   • Incluso en especies con cromosomas sexuales, la epigenética puede ser responsable de cambiar el sexo de los individuos a lo largo del tiempo.

2. A Través de las Generaciones (Transiciones Evolutivas): Si las condiciones ambientales cambian, la epigenética puede proporcionar la plasticidad fenotípica necesaria para facilitar la transición.

   • De un sistema sexual a otro.
   • De un mecanismo de determinación del sexo a otro.
   • Esta plasticidad fenotípica también podría favorecer la adaptación de las especies a través de la flexibilidad en los sistemas de reproducción.

De hecho, si un cambio ambiental persiste el tiempo suficiente, las "epimutaciones" (cambios epigenéticos heredables) podrían incluso consolidarse como cambios genéticos permanentes, estabilizando así un nuevo sistema sexual o mecanismo de determinación del sexo

Ejemplos y Modelos de Plasticidad Sexual y Determinación del Sexo Epigenética:

La evidencia de este rol epigenético es cada vez mayor:

• En la lubina europea, la temperatura elevada, que aumenta el número de machos, se ha relacionado con la hipermetilación del promotor de la aromatasa gonadal (cyp19a1a), una enzima clave en la síntesis de estrógenos, lo que reduce su expresión. 
• En la tortuga de orejas rojas (Trachemys scripta), se han encontrado hallazgos similares en relación con el promotor del cyp19a1, el cual estaba hipometilado a temperaturas que promueven hembras. Curiosamente, en tortugas las temperaturas que promueven hembras son elevadas, mientras que en peces son bajas; sin embargo, en ambos, las temperaturas que producen machos consistentemente implican hipometilación del cyp19a1a. 
• Un ejemplo notable es el lenguado de lengua lisa (Cynoglossus semilaevis), donde las hembras genéticas (ZW) pueden revertirse a machos fenotípicos (ZWm pseudomachos) bajo condiciones de temperatura normal o elevada. Los patrones de metilación en estos pseudomachos son similares a los de los machos verdaderos (ZZ) y, sorprendentemente, pueden transmitirse a la descendencia no expuesta, lo que demuestra cómo la reversión sexual ambiental puede anular la determinación genética a través de la regulación epigenética. 
• Incluso en mamíferos, como en el ratón Akodon azare, se ha observado que modificaciones epigenéticas en los cromosomas sexuales pueden causar reversión sexual (machos XY genéticos que desarrollan como hembras fértiles). 

En plantas dioicas (con sexos separados), también se observa una notable plasticidad. La existencia de hermafroditas mutantes raros en poblaciones naturales, e incluso la reversión sexual en la misma planta, sugiere un papel crucial de la epigenética en la determinación del sexo de las plantas. Por ejemplo, en Silene latifolia, un tratamiento con un agente desmetilante convierte a los machos XY en individuos andromonoicos (con flores masculinas y bisexuales), y este estado epigenético puede heredarse a la siguiente generación. Esta labilidad sexual podría ser una ventaja para la colonización en poblaciones de baja densidad, permitiendo la auto-fertilización antes de volver a la reproducción cruzada cuando la densidad poblacional es suficiente.

Se han identificado mecanismos epigenéticos directos en la determinación del sexo de algunas especies:

• En los caquis (Diospyros kaki), el sexo masculino es promovido por el gen OGI (un duplicado no funcional de MeGI) que produce pequeños ARN de interferencia (siRNA) que inactivan el gen MeGI, fundamental para el desarrollo femenino. 
• De manera similar, en los sauces y álamos, se ha identificado un gen clave, ARR17, que promueve la feminidad. Algunas especies tienen cromosomas ZW, y en este caso, ARR17 está solo en el W. Otras tienen XY, y aquí, duplicados no codificantes de ARR17 ligados al Y inhiben la copia autosómica o pseudoautosómica de ARR17mediante siRNA. 
• En el gusano de seda (Bombyx mori), el cromosoma W alberga un factor feminizante (Feminizer o Fem) que es un precursor de un piRNA (ARN asociado a PIWI) específico de hembras. Este piRNA de Fem provoca la escisión del ARNm del gen Masculinizer (Masc) ligado al Z, que es esencial para la masculinización. 

Estos ejemplos demuestran cómo la epigenética puede determinar el sexo a través de la acción de ARN pequeños codificados por los cromosomas sexuales.

Modelos como el CERS (Regulación Epigenética Conservada del Sexo) propuesto por Piferrer, sugieren que los patrones de metilación del ADN y expresión génica son similares para la diferenciación sexual primaria masculina y el cambio de sexo de hembra a macho, y lo mismo ocurre para la diferenciación sexual femenina y el cambio de sexo de macho a hembra, ya que el resultado final (testículo u ovario) es el mismo.

La Epigenética y la Degeneración del Cromosoma Y:

Los cromosomas sexuales, como el Y, tienden a acumular secuencias repetitivas, como elementos transponibles (ETs) y repeticiones en tándem, especialmente en sus regiones no recombinantes. Esta acumulación se asocia con la formación de heterocromatina, una forma de ADN compactado y silenciado.

• Conflicto Epigenético: Los cromosomas Y en evolución enfrentan un desafío único: los genes funcionales deben transcribirse, mientras que los ETs adyacentes deben silenciarse epigenéticamente. La transcripción activa antagoniza la formación de heterocromatina silenciadora, creando un conflicto. Este conflicto puede llevar a la selección de la degeneración de los genes restantes del cromosoma Y para permitir un silenciamiento adecuado de los ETs y reducir la carga mutacional. 
• Toxicidad del Cromosoma Y: Se ha propuesto que los cromosomas Y podrían ser "tóxicos" y contribuir a una vida más corta en los machos. Esto se debe a que el envejecimiento se asocia con una pérdida de heterocromatina, lo que puede reactivar los ETs del cromosoma Y y llevar a su movilización. En Drosophila melanogaster, la presencia de cromosomas Y adicionales disminuye la esperanza de vida de las moscas, mientras que su ausencia la alarga. Esta toxicidad podría ser una presión selectiva para la reducción del tamaño del cromosoma Y mediante deleciones de regiones ricas en ETs.

Inactivación Meiótica del Cromosoma Sexual (MSCI):

Durante la meiosis en euterios (mamíferos placentarios) y marsupiales, los cromosomas X e Y se inactivan en un proceso llamado MSCI. Esto implica modificaciones epigenéticas que conducen a la condensación de la cromatina y la formación de heterocromatina, empaquetando los cromosomas X e Y en una estructura compacta llamada cuerpo sexual.

• Silenciamiento de la Cromatina No Emparejada: Se ha propuesto que la MSCI evolucionó a partir de un mecanismo ancestral de silenciamiento de cromosomas no sinapsados (no emparejados) durante la meiosis.
• Defensa contra la Distorsión Meiótica: Una función importante de la MSCI podría ser la supresión del meiotic drive, un fenómeno donde un alelo se transmite con mayor frecuencia de la esperada. Los cromosomas sexuales son propensos a la acumulación de distorsionadores de la transmisión, y la MSCI podría silenciarlos, manteniendo así una proporción sexual equilibrada en la descendencia.

Epigenética y Compensación de Dosis:

Tras la degeneración del cromosoma Y, los machos pueden sufrir una dosis insuficiente de los genes ligados al X. Para compensar esto, han evolucionado mecanismos de compensación de dosis, a menudo mediada epigenéticamente.

• Regulación al alza del Cromosoma X (en machos): En Drosophila y algunos lagartos, el único cromosoma X en los machos se regula al alza para igualar la expresión génica con las hembras. Esto se logra mediante complejos de proteínas que hiperacetilan el cromosoma X. La transposición de elementos transponibles que adquieren sitios de unión para estos complejos ha facilitado la rápida evolución de la compensación de dosis en los neo-X cromosomas. 
• Inactivación del Cromosoma X (en hembras): En mamíferos, además de la regulación al alza del X en ambos sexos, ocurre la inactivación de uno de los dos cromosomas X en las hembras. Este proceso asegura la igualdad de dosis de genes ligados al X entre sexos. La inactivación del X es iniciada por ARN no codificantes como Xist en euterios y RSX en marsupiales, los cuales, a pesar de sus orígenes evolutivos distintos, muestran similitudes intrigantes en su composición y función.
• Impronta Genómica y Compensación de Dosis: En marsupiales y la planta Silene latifolia, la impronta genómica (donde la expresión de un gen depende de su origen parental) y la evolución de la compensación de dosis parecen estar intrínsecamente ligadas.

El Futuro de la Cibergenética y el Sexo:

Estudiar la epigenética nos acerca a comprender cómo el medio ambiente y los genes interactúan para dar forma a la diversidad sexual en la naturaleza. Los investigadores están trabajando para:

• Entender los mecanismos que vinculan las perturbaciones ambientales con los cambios epigenéticos.
• Determinar las consecuencias funcionales de estas modificaciones. 
• Descifrar si los cambios epigenéticos son causa o consecuencia de un programa de expresión génica específico. 

La epigenética se está posicionando como un "centro" para las transiciones evolutivas. A medida que la cibergenética avanza, la capacidad de analizar y manipular el epigenoma nos brindará herramientas poderosas para desentrañar los misterios de la determinación del sexo y la evolución, abriendo nuevas perspectivas sobre la plasticidad y adaptabilidad de la vida. ¡Un campo emocionante donde la biología y la tecnología se unen para revelar los secretos de la vida!

Publicación con base en los siguientes artículos:

Piferrer, F. (2021). Epigenetic mechanisms in sex determination and in the evolutionary transitions between sexual systems. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 376(1832), 20200110.

Muyle, A., Bachtrog, D., Marais, G. A., & Turner, J. M. (2021). Epigenetics drive the evolution of sex chromosomes in animals and plants. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 376(1826), 20200124.

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¿Es el sexo es realmente binario? Una mirada desde la genética y la endocrinología

 

¿Es el sexo es realmente binario? Una mirada desde la genética y la endocrinología.

Desde hace mucho tiempo, la sociedad ha clasificado el sexo como un concepto estrictamente binario: hombre o mujer. Sin embargo, los avances en la medicina y una comprensión más profunda de la diversidad de género están desafiando esta visión simplista. Lejos de ser una clasificación sencilla basada únicamente en los genitales al nacer o la capacidad reproductiva, el sexo abarca una compleja interacción de características biológicas como cromosomas, hormonas y características sexuales secundarias.

De acuerdo con Rehmann-Sutter et al., 2023, la existencia de personas con Diferencias del Desarrollo Sexual (DSD) es un claro ejemplo de esta complejidad. Las personas con DSD nacen con variaciones en sus características sexuales que no encajan en las categorías típicas de "masculino" o "femenino". Estas diferencias pueden manifestarse en los genitales, las hormonas o los cromosomas, y, según estimaciones conservadoras, afectan a 1 de cada 5,000 bebés. El estudio de las DSD ha revelado que el desarrollo sexual es una red reguladora compleja, no un simple interruptor binario.

La idea de que el sexo es binario debido a la existencia de solo dos tipos de gametos (óvulos y espermatozoides) también ha sido cuestionada. Un argumento clave es la "complejidad somática": el sexo de un individuo se define por múltiples características biológicas, no solo por su capacidad reproductiva. Las personas infértiles, por ejemplo, siguen siendo clasificadas biológicamente como hombres o mujeres. Esto significa que los gametos no son el único ni el factor "superior" para definir el sexo, y que a otros niveles biológicos, existen más de dos tipos de variaciones.

Otro argumento proviene de la "evolución": la existencia de variaciones fenotípicas más allá de los dos sexos principales es compatible con la evolución, siempre y cuando una parte suficiente de la población sea fértil para la reproducción. De hecho, algunas personas con DSD son parcialmente fértiles y pueden tener descendencia. Esto demuestra que la binaridad del sexo como un fenómeno biológico integral no es una conclusión directa de la existencia de dos tipos de gametos.

El desarrollo y la expresión del sexo son procesos intrincados. La determinación del sexo está regulada por un equilibrio molecular entre las vías de desarrollo testicular y ovárico, desafiando la percepción de un desarrollo puramente "masculino" o "femenino". Por ejemplo, en topos cromosómicamente hembra, una triplicación génica puede llevar al desarrollo de ovotestes y androgenización adaptativa. Además, la testosterona puede convertirse en estrógeno en el cerebro, masculinizando regiones específicas , y la dihidrotestosterona (DHT), un metabolito de la testosterona, puede virilizar a un individuo independientemente de su composición gonadal o cromosómica. La investigación también muestra que el desarrollo del cerebro y el comportamiento no dependen solo de la composición genética, sino también de la compleja y variable composición hormonal.

En el ámbito de la medicina personalizada, reconocer la diversidad sexual es crucial. Si bien la "medicina de género" ha sido un primer paso al considerar las diferencias entre "hombres" y "mujeres" en la enfermedad y la respuesta a los medicamentos , a menudo asume un modelo puramente binario. Una medicina verdaderamente personalizada necesita tener en cuenta la diversidad del sexo en sus diferentes niveles biológicos (genético, hormonal, etc.) y su impacto en las enfermedades y tratamientos médicos.

Históricamente, las intervenciones médicas para las DSD se centraron en "normalizar" los genitales, pero ha habido un cambio hacia un enfoque más centrado en el paciente, que respeta su autonomía y bienestar. La investigación continua en DSD es esencial para avanzar en la atención médica y promover una mayor comprensión y aceptación de las personas con anatomías reproductivas o sexuales atípicas.

Las humanidades también han contribuido a deconstruir la binaridad del sexo, mostrando que la idea de un sexo organizado como binario es un constructo socio-histórico que surgió en los siglos XVIII y XIX. Esto ha debilitado la separación estricta entre sexo y género, y ha revelado que la biología, al describir e interpretar, utiliza conceptos que tienen sus raíces en la cultura y la sociedad.

En resumen, la idea de que el sexo es estrictamente binario es insuficiente. La ciencia moderna, desde la genética y la endocrinología hasta la neurología, nos muestra un panorama mucho más complejo y diverso. Es fundamental adoptar un enfoque interdisciplinario y transdisciplinario para estudiar la diversidad sexual y desarrollar nuevas categorías y metodologías que vayan más allá de un modelo binario rígido. Esto permitirá una medicina más efectiva y equitativa, y una sociedad que reconozca y valore la rica variedad de la existencia humana.

Para leer el artículo completo consulta:

Rehmann-Sutter, C., Hiort, O., Krämer, U. M., Malich, L., & Spielmann, M. (2023). Is sex still binary?. Medizinische Genetik, 35(3), 173-180.

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El misterio de las ranas malformadas en Minnesota: ¿Qué sucedió?

 

El Misterio de las Ranas Malformadas en Minnesota: ¿Qué sucedió? 

Desde 1995, un preocupante fenómeno ha capturado la atención de científicos y ambientalistas en Minnesota: la aparición de ranas con malformaciones severas. Lo que comenzó con el descubrimiento de la mitad de las ranas malformadas por estudiantes de secundaria, se ha extendido por todo Minnesota, otras partes de Estados Unidos, Canadá y hasta otros países. Pero, ¿qué está causando estas alarmantes anomalías?

 Un Vistazo a la Situación en Minnesota.  La Agencia de Control de la Contaminación de Minnesota (MPCA), en colaboración con el Servicio Geológico de EE. UU. cite_start y numerosas universidades y agencias federales, ha estado liderando la investigación para desentrañar este misterio. Entre 1995 y 2000, se examinaron casi 25,000 ranas de 195 sitios en Minnesota. Se encontraron malformaciones en 8 especies diferentes de ranas y sapos. En el caso de la rana leopardo del norte (Rana pipiens), la especie más común en Minnesota, el 6.5% de las 13,763 ranas recolectadas presentaban algún tipo de malformación.

Las malformaciones son diversas e incluyen:

1. Extremidades faltantes, extra o parciales 

2. Dedos faltantes 

3. Patas con membranas 

4. Mandíbulas malformadas 

5. Ojos faltantes o extra 

Curiosamente, muchas ranas malformadas presentaban "triángulos óseos" (puentes óseos) en las radiografías, una anomalía que también se ha inducido en ranas expuestas a retinoides en laboratorio. Además, los huesos parcialmente desarrollados a menudo tenían un aspecto esponjoso, lo que sugiere que los ataques de depredadores no son la causa de estas malformaciones.

Un dato preocupante es que casi todas las ranas malformadas encontradas desde 1995 han sido juveniles, lo que indica que rara vez sobreviven hasta la edad adulta. Esta falta de supervivencia podría estar contribuyendo al declive poblacional de algunas especies de anfibios.

¿Un Fenómeno Reciente?

Las tasas históricas de malformaciones en ranas de Minnesota eran muy bajas. Por ejemplo, solo el 0.2% de los especímenes recolectados entre 1958 y 1963 estaban malformados. Sin embargo, entre 1996 y 1997, el 2.3% de las ranas en los mismos sitios mostraron malformaciones, con porcentajes que oscilaban entre el 0 y el 9.4%. De hecho, se ha vuelto difícil encontrar sitios sin ranas malformadas.

En algunos de los "sitios anormales" identificados (donde las malformaciones superan el 5%), las tasas son alarmantemente altas. En un sitio, el 25% de las ranas leopardo jóvenes estaban malformadas, y en otro, ¡el 68% de las ranas de visón jóvenes presentaban anomalías!. La frecuencia de malformaciones suele alcanzar su punto máximo entre principios de agosto y principios de octubre.

La variedad de malformaciones en estos sitios anormales sugiere que podrían existir múltiples causas o combinaciones de factores. Muchas de estas malformaciones registradas desde 1995 no habían sido observadas previamente por herpetólogos de Minnesota. En algunos sitios, la población total de ranas ha disminuido drásticamente, lo que dificulta aún más los estudios. De hecho, se ha descubierto que un virus es el responsable de algunas de estas mortandades masivas.

Posibles Causas: Un Rompecabezas Complejo

La investigación se ha centrado en varias hipótesis principales:

Parásitos: En el oeste de Estados Unidos, muchas malformaciones parecen ser causadas por el parásito Ribeiroia ondatrae, un trematodo que se desarrolla dentro de caracoles acuáticos antes de parasitar a los renacuajos. La exposición a Ribeiroia en el laboratorio ha provocado altas frecuencias de malformaciones graves en las extremidades de anfibios. Si bien Ribeiroia se ha encontrado en algunos sitios anormales de Minnesota, no está presente en todos, lo que sugiere otras causas.

Sustancias Químicas:

Pesticidas: Se sabe que los pesticidas pueden causar malformaciones o la muerte de las ranas en concentraciones suficientes. Estudios en Canadá han encontrado una relación entre el porcentaje de ranas malformadas y el uso de pesticidas. Sin embargo, en los sitios anormales de Minnesota, se han detectado pocos pesticidas o productos de degradación, y en cantidades muy pequeñas.

Metopreno: Este insecticida, usado para controlar mosquitos, también ha sido sospechoso. Estudios de laboratorio no encontraron malformaciones inducidas en ranas leopardo del norte a concentraciones ambientales comunes de metopreno. Sin embargo, ensayos de campo con metopreno sí resultaron en malformaciones en ranas leopardo del sur, una especie no nativa de Minnesota.

Disruptores Endocrinos: Estas sustancias, naturales o artificiales, interfieren con las hormonas que controlan el desarrollo, crecimiento y comportamiento de los organismos. Los retinoides ambientales, una clase de disruptores endocrinos, han recibido especial atención, ya que el ácido retinoico puede inducir malformaciones en ranas en el laboratorio. Si bien se ha identificado actividad retinoide en algunos estanques de Minnesota, aún no hay pruebas de que las concentraciones detectadas puedan causar malformaciones en entornos naturales. Los estrógenos, otra clase de disruptores endocrinos, también están bajo estudio. Se ha encontrado una relación entre las concentraciones de compuestos estrogénicos y el porcentaje de ranas malformadas en muchos sitios anormales de Minnesota.

Luz Ultravioleta (UV): La cantidad de luz UV que llega a la superficie terrestre está aumentando. Se ha demostrado que la radiación UV causa malformaciones en ranas en el laboratorio. Investigaciones en sitios anormales de Minnesota indican una relación entre la cantidad de radiación UV que penetra en el agua del estanque y el porcentaje de ranas malformadas. Algunos científicos plantean la hipótesis de que compuestos orgánicos, tanto naturales como artificiales, presentes en los humedales de Minnesota, se vuelven tóxicos al ser activados por la radiación UV.

La Complejidad de las Combinaciones de Factores

Es muy probable que una o más combinaciones de factores químicos, biológicos y físicos sean responsables de las malformaciones en las ranas de Minnesota. Las combinaciones químicas pueden ser mezclas de sustancias orgánicas naturales y artificiales, cada una inofensiva por sí sola pero tóxica al combinarse. El enorme número de posibles combinaciones de estos factores explica la dificultad de encontrar una causa única.

Aunque se ha avanzado significativamente en la identificación de parásitos como causantes de malformaciones en algunos sitios, aún quedan muchas preguntas sin respuesta. Científicos de diversas disciplinas y organizaciones continúan trabajando en este misterio, tanto en el laboratorio como en el campo, en un esfuerzo cooperativo liderado por la MPCA.

El enigma de las ranas malformadas en Minnesota es un recordatorio de la compleja interacción entre los organismos y su entorno, y la importancia de la investigación continua para proteger la salud de nuestros ecosistemas.

Si quieres saber más entra a la liga: chrome-extension://efaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkaj/https://pubs.usgs.gov/fs/fs-043-01/pdf/fs-043-01.pdf

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Desvelando los Secretos del Albinismo: Cómo los modelos en 3D Están Revolucionando la Biología.

 Desvelando los Secretos del Albinismo: Cómo los modelos en 3D Están Revolucionando la Biología.

En Cibergenética, siempre estamos buscando las últimas innovaciones que nos ayuden a comprender mejor el vasto y complejo mundo de la genética. Hoy queremos compartir un proyecto fascinante que no solo aborda un enigma biológico, sino que también transforma la forma en que aprendemos sobre él: el uso de modelos de proteínas impresos en 3D para entender las mutaciones genéticas.

Imagina la posibilidad de sostener en tus manos una proteína y ver, literalmente, cómo un minúsculo cambio en su estructura puede tener un impacto masivo en su función. Esto es precisamente lo que un equipo de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) está logrando, y los resultados son sorprendentes.

El Caso "Snowflake": Una Lección Genética Impresa en 3D.

¿Recuerdas a "Snowflake" (Copito de Nieve), el famoso gorila albino? Su singular condición no era un misterio sin resolver, sino una oportunidad para una profunda investigación genética. Un estudio reciente ha utilizado su caso para ilustrar cómo una mutación puntual en el gen SLC45A2 provocó su albinismo. Este gen es crucial para la producción de melanina, el pigmento que da color a nuestra piel, cabello y ojos.

La clave de este estudio, y lo que lo hace tan especial para la educación, es la creación de modelos 3D de las proteínas. Los estudiantes pudieron obtener las secuencias de aminoácidos de la proteína normal (silvestre) y la mutada. Con herramientas de bioinformática, modelaron las estructuras tridimensionales y luego ¡las imprimieron en 3D! 

¿Qué revelaron estos modelos?

Mostraron claramente que la proteína mutada tenía un plegamiento anómalo que impedía su funcionamiento normal, mientras que la proteína silvestre presentaba la estructura adecuada para su actividad. Esto demuestra de manera impactante cómo un cambio genético mínimo, ¡De un solo nucleótido!, puede tener efectos profundos en la estructura y función de una proteína, llevando a condiciones como el albinismo.

Más Allá del Laboratorio: Transformando la Educación.

Este proyecto no solo es un avance científico, sino también una revolución pedagógica. La UNAM, a través de su Colegio de Ciencias y Humanidades (CCH) Oriente, ha implementado un programa innovador que utiliza este enfoque para enseñar genética a estudiantes de preparatoria.

Los estudiantes no solo aprenden la teoría del "flujo de información genética" y la síntesis de proteínas, sino que también desarrollan habilidades cruciales para el siglo XXI:

• Dominio de Bases de Datos: Aprenden a buscar secuencias genéticas en bases de datos científicas como PubMed.

• Herramientas Bioinformáticas: Utilizan plataformas en línea como Swiss Model para modelar proteínas.

• Impresión 3D: Crean sus propios modelos moleculares tangibles, lo que convierte conceptos abstractos en algo concreto y visual.

Este enfoque fomenta la comprensión profunda de cómo una alteración genética puede cambiar la conformación de una proteína e inducir un cambio en su función. Permite a los estudiantes visualizar y analizar las diferencias estructurales entre la proteína silvestre y la mutada de una manera que las representaciones 2D simplemente no pueden igualar.

El futuro de la Biología es tangible.

Este trabajo es un testimonio del poder de la visualización y la tecnología en la educación científica. Al hacer que los conceptos moleculares sean tangibles y accesibles, se empodera a los estudiantes para que exploren y comprendan los principios de la biología molecular de una manera más efectiva y atractiva. La historia de "Snowflake" y su albinismo ya no es solo una nota al pie en un libro de texto, sino una experiencia de aprendizaje tridimensional que abre las puertas a una comprensión más profunda de la vida misma.

¿Qué opinas de esta forma innovadora de enseñar biología? ¿Crees que la impresión 3D debería ser una herramienta estándar en los laboratorios escolares? ¡Déjanos tus comentarios!

Puedes leer el resúmen artículo completo en: 

C.M. Luna-Román, L.A. Hernández-Carbajal, A.N. Castañeda-Sortibrán, M.A. Carballo-Ontiveros (2025) 3D-PRINTED PROTEIN MODELS TRANSFORM BIOLOGY EDUCATION: INSIGHTS FROM SNOWFLAKE THE ALBINO GORILLA’S GENETIC MUTATION, INTED2025 Proceedings, pp. 6050-6054.

 Comenta si quieres que te mandemos el artículo completo.

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¡Ratones "bi-paternales" creados en laboratorio!

 

¡Ratones "bi-paternales" creados en laboratorio!

¿Alguna vez te has preguntado hasta dónde puede llegar la ciencia en la manipulación genética? Un estudio reciente ha logrado un hito asombroso: la creación de ratones completamente desarrollados con dos padres biológicos. ¡Sí, has leído bien! No, no estamos hablando de clonación tradicional, sino de la generación de descendencia viable utilizando material genético de dos machos.

Este avance, que se ha publicado en la prestigiosa revista Cell Stem Cell, desafía nuestra comprensión convencional de la reproducción en mamíferos. Los investigadores se centraron en superar una barrera biológica clave: los "genes improntados".

¿Qué son los genes improntados y por qué son tan importantes?

Los genes improntados son un pequeño grupo de genes que se expresan de manera diferente dependiendo de si se heredan de la madre o del padre. En la reproducción sexual normal, ambos padres aportan sus versiones de estos genes, y el equilibrio entre ellas es crucial para el desarrollo embrionario adecuado. Si este equilibrio se altera, como en el caso de la reproducción unisexual (solo de dos madres o dos padres), se producen graves anomalías.

Los embriones con dos padres, conocidos como bi-paternales, suelen ser inviables y presentan defectos severos. Esto se debe a que los genes paternos tienden a promover el crecimiento, mientras que los genes maternos lo limitan. Sin la contribución materna, el crecimiento se descontrola.

La clave del éxito: 20 modificaciones genéticas estratégicas

El equipo de investigación, liderado por Li y sus colegas, logró superar este obstáculo al identificar y modificar 20 loci genéticos clave implicados en la impronta. Utilizaron células madre embrionarias haploides (con un solo juego de cromosomas) derivadas de esperma, a las que aplicaron mutaciones dirigidas, eliminaciones de genes y ediciones regulatorias.

Estas modificaciones permitieron corregir los desequilibrios en la expresión de los genes improntados, lo que a su vez permitió el desarrollo completo de los ratones bi-paternales.

Implicaciones y el futuro de la medicina regenerativa

Este estudio no solo amplía los límites de lo posible en la reproducción de mamíferos, sino que también tiene profundas implicaciones para la medicina regenerativa y la clonación animal. Los hallazgos sugieren que las anomalías en los genes improntados son la principal barrera para la reproducción unisexual en mamíferos.

Además, esta técnica demostró una mejora significativa en la capacidad de desarrollo de las células madre embrionarias y los animales clonados. Por ejemplo, las células madre embrionarias bi-paternales con 18 correcciones demostraron una tasa de éxito de desarrollo a término significativamente mayor que las células madre de tipo salvaje (WT).

Aunque los ratones bi-paternales no pudieron reproducirse de forma natural, la capacidad de clonar descendencia viable a partir de sus células somáticas es un paso importante. Esto abre nuevas vías prometedoras para:

• Modelos animales genéticamente modificados: La capacidad de crear animales con modificaciones genéticas precisas y extensas podría revolucionar la investigación de enfermedades.
• Medicina regenerativa: Podría conducir a avances en terapias basadas en células y trasplantes de órganos.
• Comprensión de los trastornos de impronta: El estudio también reveló el potencial terapéutico de la corrección de la impronta para trastornos relacionados, como las malformaciones craneofaciales y el síndrome de Birk-Barel.

Este estudio representa un salto monumental en nuestra comprensión y capacidad para manipular los procesos reproductivos fundamentales en mamíferos. A medida que la biotecnología continúa avanzando, ¿qué otras sorpresas nos deparará el futuro?

Puedes leer el artículo completo en: Li, Z. K., Wang, L. B., Wang, L. Y., Sun, X. H., Ren, Z. H., Ma, S. N., ... & Li, W. (2025). Adult bi-paternal offspring generated through direct modification of imprinted genes in mammals. Cell Stem Cell.

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