La hidra es una pequeña especie acuática presente en estanques y lagos de agua dulce. Este animal sorprende a los científicos por su capacidad para regenerar su cabeza o su pie cuando son seccionados. A diferencia de su prima mitológica, la hidra solo tiene una cabeza. Sin embargo, un equipo de la Universidad de Ginebra (UNIGE) demuestra que es posible obtener hidras con dos cabezas aplicando una simple presión sobre su cuerpo. Con un método similar, también muestra cómo producir tejidos en forma de "donut".
Al aplicar, mediante un gel de agar durante cuatro días, una ligera presión a lo largo del cuerpo seccionado de la hidra, los científicos indujeron dos defectos topológicos, lo que condujo a la formación de dos cabezas (izquierda).
© Roux - UNIGE
Este trabajo revela cómo las tensiones mecánicas externas pueden modificar los puntos de simetría del organismo e influir en su desarrollo. Estas simetrías, presentes en otras especies animales más complejas, podrían desempeñar un papel importante en la evolución. El estudio se puede encontrar en la revista
Science Advances.
En la mitología griega, la Hidra es un monstruo derrotado por Hércules, cuyas nueve cabezas vuelven a crecer tan pronto como son cortadas. Pero la hidra también es una pequeña criatura acuática de la familia de las medusas, descubierta en el siglo XVIII, que vive en aguas dulces tranquilas de lagos y estanques. Midiendo solo unos pocos milímetros, tiene un pie y una cabeza equipada con finos tentáculos. Sus extraordinarias capacidades de regeneración le han valido compartir el nombre de su homónimo mitológico.
Cuando una hidra es seccionada perpendicularmente al eje del cuerpo (entre el pie y la cabeza), se regenera formando una nueva cabeza. Al aplicar una ligera compresión sobre los tejidos que regeneran la cabeza, un equipo dirigido por Aurélien Roux, profesor titular del Departamento de Bioquímica de la Sección de Química y Bioquímica de la Facultad de Ciencias de la UNIGE, logró inducir la formación de hidras viables con dos cabezas. Un fenómeno que nunca antes se había observado.
Una hidra de dos cabezas, producida por presión sobre el cuerpo seccionado del animal, capturando artemias introducidas en el medio para alimentarse. Gracias a un "defecto topológico"
"Dentro de la hidra, los filamentos de actina están dispuestos en paralelo a lo largo del eje pie-cabeza y convergen en la cabeza para formar un 'defecto topológico' en la red de actina", explica Yamini Ravichandran, investigadora posdoctoral en el equipo de Aurélien Roux y primera autora del estudio. "Nuestro trabajo muestra que estos defectos topológicos en el orden de la actina desempeñan un papel central en la regeneración de la cabeza, actuando como organizadores mecánicos".
Por simple presión
Al aplicar, mediante un gel de agar durante cuatro días, una ligera presión a lo largo del cuerpo seccionado de la hidra, los científicos indujeron dos defectos topológicos, lo que condujo a la formación de dos cabezas. Para verificar si un defecto crea una cabeza, los investigadores pretendían eliminar estos defectos y observar si el animal aún podía regenerarse. Sin embargo, existe una limitación difícil de superar: la topología.
Las líneas paralelas en una esfera siempre crean dos defectos: los polos de la esfera. Para eliminarlos, una presión paralela a los filamentos de actina los hace fusionarse y desaparecer, formando un tejido en forma de "donut", que no puede regenerar una cabeza y finalmente muere de hambre. La topología del "donut" es única, ya que es la única que puede no tener defectos y está ausente en biología.
La hidra es un modelo de estudio valioso debido a su red de actina fácilmente observable, pero los resultados obtenidos son aplicables mucho más allá de esta especie. Hasta ahora, no se comprende bien cómo las células y los tejidos coordinan las fuerzas que dan forma a los organismos. El concepto propuesto es que la genética determina el destino de las células, que a su vez dictan las fuerzas que dan forma a los tejidos.
Este estudio muestra que los factores genéticos y la mecánica de los tejidos están acoplados, y por lo tanto actúan al mismo nivel, para formar una cabeza correcta en la hidra. Como señala Aurélien Roux, "estos resultados ofrecen nuevas perspectivas sobre las señales mecánicas que guían la reparación y regeneración de los tejidos, con implicaciones potenciales para comprender estos procesos en otros organismos".
Video de microscopía de fluorescencia que muestra la regeneración de un tejido seccionado en una hidra de dos cabezas. Se observan las fibras musculares ordenadas.
Video de microscopía de fluorescencia que muestra la generación de un tejido seccionado en forma de anillo que no se regenera. Se observan las fibras musculares ordenadas. Universidad de Ginebra