13/Jul/04

Insectos y evolución: descubren secretos sobre el exoesqueleto y las alas

TEMAS: Biología, Zoología, Entomología, Insectos, Drosophila melanogaster, Diptera, Drosophilidae

Un equipo de biólogos ha descubierto la estructura y secuencia genética de la hormona que hace que los insectos desarrollen sus corazas externas y permite que extiendan sus alas. Estos resultados responden a más de 40 años de preguntas sobre el desarrollo de los insectos.

Trabajando con la mosca de la fruta, los investigadores determinaron la secuencia genética de la hormona "bursicon" (en castellano se la llama bursicona), que se ha confirmado es la responsable de endurecer el exoesqueleto después de cada muda de un insecto mientras crece hasta la edad adulta, y descubrieron también que es responsable de permitir a los insectos en desarrollo que entiendan sus alas. La investigación fue publicada de julio el 13 en la revista Current Biology por Hans-Willi Honegger y Elisabeth Dewey, biólogos e investigadores de Vanderbilt University en la universidad de Cornell y la universidad de Washington, Seattle.

Honegger espera que esta investigación y los estudios en curso sirvan para identificar el receptor de la hormona bursicona, lo que abrirá caminos para controlar pestes.

"La bursicona es absolutamente necesaria para la supervivencia del insecto. Cuando uno conoce el receptor y tambien la hormona, se puede producir un inhibidor que se ajuste al receptor", explicó. "Actuaría solamente en los insectos que están en el proceso de muda, de modo que se puede usar en el tiempo exacto en el que están mudando los insectos específicos de esa plaga. Esto es especialmente aplicable a los brotes epidémicos de insectos plaga como las langostas migratorias, que mudan juntas por millares".

La mosca de la fruta, Drosophila melanogaster (Diptera: Drosophilidae), es una colaboradora esencial en la investigación biológica. Las mismas características que la hacen muy molesta en nuestras cocinas —tamaño pequeño, reproducción prolífica y crecimiento rápido— hacen que sea un modelo perfecto para estudiar genética y desarrollo. Ha sido el foco de la investigación de millares de científicos por más de 100 años.

A pesar de tanto estudio riguroso, la estructura genética de una de las hormonas claves que están implicadas en el desarrollo de la mosca de la fruta, bursicona, seguía siendo desconocida.

"[La hormona] bursicona fue descubierta en 1935. Un estudio de Gottfried Fraenkel en 1962 demostró su papel en el endurecimiento y oscurecimiento de la cutícula", dijo Honegger. "Ahora tenemos la primer información verdadera sobre ella, una información que la gente tenía sobre otras hormonas de los insectos hace 15 años, así que estamos muy entusiasmados".

Los insectos deben desprenderse de su vieja piel o cutícula externa periódicamente para crecer. La nueva cobertura externa se endurece y su color se oscurece. Ambos procesos ocurren por la activación de una serie de cinco hormonas. Desde 1990 se conocían la estructura, secuencia genética y características bioquímicas de cuatro de estas hormonas; la de la quinta, bursicona, no.

Utilizando métodos bioquímicos, los investigadores apuntaron a determinar la secuencia genética y estructura molecular de la bursicona para confirmar que ésta era la que iniciaba el proceso de endurecimiento.

En la primera fase del trabajo, el equipo se puso en la tarea de determinar la secuencia genética de la bursicona. Utilizando cucacrachas, los estudiantes de Honegger pudieron colectar y purificar una pequeña muestra de la hormona. Enviaron esta muestra a un laboratorio en la universidad de Harvard que la secuenció químicamente y envió de regreso las cuatro cortas secuencias de aminoácidos de los que estaba compuesta la muestra.

Utilizando esta secuencia, Dewey, investigadora pos doctoral en el laboratorio de Honegger, corrió unas búsquedas en el genoma de la mosca de la fruta y encontró que cuatro de las tres secuencias se repetían en el gen CG13419 de la mosca de la fruta. Ella comparó la secuencia con genomas conocidos de otros insectos y también encontró las secuencias en ellos, lo que llevó al equipo a determinar que la bursicona tiene la misma secuencia genética en las distintas especies.

Entonces los investigadores utilizaron la información de secuenciación para determinar la estructura de la molécula de la bursicona. Encontraron que su estructura la hace miembro de un grupo de moléculas conocidas como proteínas del nodo cistina. Las proteínas del nodo cistina son muy conocidas debido a su estructura molecular, que se repite en las especies de mamíferos, de tres lazos de aminoácidos unidos en una configuración específica y única. La proteína conocida como factor del crecimiento tiene la configuración del nodo de cistina.

"Lo excitante es que esta es la primera proteína del nodo cistina que cumple una función que se ha encontrado en los insectos", dijo Honegger. "Lo que se puede extraer de esto es que la naturaleza es verdademente muy ahorrativa. Crea la misma estructura y la usa para diferentes funciones".

Honegger y sus colegas quisieron llevar sus hallazgos al siguiente nivel, determinando que la secuencia genética que habían encontrado de hecho codificaba a la bursicona, cosa que lograron gracias a los resultados de unas investigaciones anteriores con células nerviosas. Se comprobó en moscas de la fruta transgénicas.

En la prueba final, Susan McNabb de la universidad de Washington observó moscas de la fruta mutantes con exoesqueletos que mostraban defectos o que no se habían endurecido por completo. Encontró que todas estas mutantes tenían mutaciones en el gen que habían identificado para la bursicona.

Las mutantes mostraron además una sorpresa: no sólo no se formaban bien su cubiertas exteriores, sino que no podían expandir sus alas.

"Esto significa que la bursicona tiene una segunda función, no sólo para el endurecimiento del exoesqueleto sino para la extensión de las alas", dijo Honegger.

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