Un nuevo estudio interdisciplinario dirigido por el biólogo molecular Florian Raible de los laboratorios Max Perutz de la Universidad de Viena proporciona información interesante sobre las cerdas del gusano anélido marino Platynereis dumerilii. Células especializadas, llamadas quetoblastos, controlan la formación de las cerdas. Su modo de funcionamiento es sorprendentemente similar al de una impresora 3D técnica.
El proyecto es una colaboración con investigadores de la Universidad de Helsinki, la Universidad Tecnológica de Viena y la Universidad Masaryk de Brno. El estudio se publica en Nature Communications. .
La quitina es el material de construcción principal tanto para el exoesqueleto de los insectos como para las cerdas de los gusanos de cerda, como el gusano anélido marino Platynereis dumerilii. Sin embargo, los gusanos de las cerdas tienen una quitina algo más blanda (beta quitina), que es particularmente interesante para aplicaciones biomédicas. Las cerdas permiten que los gusanos se muevan en el agua.
Hasta ahora sigue siendo un enigma cómo se forma exactamente la quitina en distintas cerdas. El nuevo estudio ahora proporciona información interesante sobre esta biogénesis especial.
Florian Raible explica:"El proceso comienza con la punta de las cerdas, luego con la sección central y finalmente con la base de las cerdas. Las piezas terminadas se empujan cada vez más fuera del cuerpo. En este proceso de desarrollo, las unidades funcionales importantes se crean uno tras otro, pieza por pieza, lo cual es similar a la impresión 3D."
Una mejor comprensión de procesos como estos también tiene potencial para el desarrollo de futuros productos médicos o para la producción de materiales naturalmente degradables. La betaquitina, por ejemplo, procedente de la concha dorsal del calamar, se utiliza actualmente como materia prima para la producción de apósitos para heridas especialmente bien tolerados. "Quizás en el futuro también sea posible utilizar células de anélidos para producir este material", afirma Raible.
El trasfondo biológico exacto de esto:los quetoblastos desempeñan un papel central en este proceso. Los quetoblastos son células especializadas con estructuras superficiales largas, llamadas microvellosidades. Estas microvellosidades albergan una enzima específica que, según los investigadores, es responsable de la formación de quitina, el material del que se fabrican en última instancia las cerdas. Los resultados de los investigadores muestran una superficie celular dinámica caracterizada por microvellosidades dispuestas geométricamente.
Las microvellosidades individuales tienen una función similar a las boquillas de una impresora 3D. Florian Raible explica:"Nuestro análisis sugiere que la quitina es producida por las microvellosidades individuales de las células del quetoblasto. Por lo tanto, el cambio preciso en el número y la forma de estas microvellosidades a lo largo del tiempo es la clave para dar forma a las estructuras geométricas de las cerdas individuales, como como dientes individuales en la punta de las cerdas, que son precisos hasta el rango submicrométrico."
Las cerdas suelen desarrollarse en tan solo dos días y pueden tener diferentes formas; Dependiendo de la etapa de desarrollo del gusano, son más cortos o más largos, más puntiagudos o más planos.
Además de la colaboración local con la Universidad Tecnológica de Viena y los especialistas en imágenes de la Universidad de Brno, la cooperación con el laboratorio Jokitalo de la Universidad de Helsinki resultó ser de gran beneficio para los investigadores de la Universidad de Viena.
Utilizando su experiencia en microscopía electrónica de barrido de caras de bloques en serie (SBF-SEM), los investigadores investigaron la disposición de las microvellosidades en el proceso de formación de cerdas y propusieron un modelo 3D para la síntesis de la formación de cerdas.
El primer autor, Kyojiro Ikeda, de la Universidad de Viena, explica:"La tomografía electrónica estándar requiere mucha mano de obra, ya que el corte de las muestras y su examen en el microscopio electrónico deben realizarse manualmente. Sin embargo, con este enfoque podemos automatizar de forma fiable el proceso". análisis de miles de capas."
El grupo Raible está trabajando actualmente para mejorar la resolución de la observación para revelar aún más detalles sobre la biogénesis de las cerdas.
Más información: Kyojiro N. Ikeda et al, Microvellosidades dinámicas esculpen cerdas a escala nanométrica, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-48044-3
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por la Universidad de Viena
