Los diferentes organismos modelo. Capítulo 7: insectos

Los insectos son el grupo más numeroso del reino animal, hay un millón de especies descritas y se estima que hay entre 6 y 10 millones de especies sin descubrir (Wilson, 2015). Los insectos representan el 80% de las especies animales conocidas en la actualidad (García et al, 2012). Fueron los primeros animales en volar y son los únicos invertebrados con dicha capacidad (Wilson, 2015). En cuanto a su taxonomía, pertenecen al filo Arthropoda, al subfilo Hexapoda y a la clase Insecta.  

Dentro del filo Artropodos, son el subfilo mas importante y a su vez, esta clase se ha dividido en al menos 30 ordenes(Wilson, 2015). No obstante, su clasificación es bastante compleja a causa de su gran diversidad. La clase insecta se divide en dos subclases, en función de la presencia y estructura de las alas García et al, 2012):

  • Subclase Apterigotos: insectos sin alas, se trata de un grupo menos evolucionado. No presentan metamorfosis.
  • Subclase Pterigotos: insectos con alas o secundariamente ápteros, son un grupo más evolucionado, más especializados y más abundante que el de los Apterigotos. Se divide en dos infraclases:
    • Neópteros: las alas están plegadas hacia atrás.
    • Paleópteros: no plegan las alas sobre el abdomen.
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Insectos. A: Escarabajos, B: tijereta, C: Mosca, D: chinche, E: abeja, F: mariposa, G: saltamontes, H: caballito del diablo. / Pixabay.com. Collage por Gómez, M (2020).

Dentro de los neópteros, los ordenes mas importantes son: coleópteros (escarabajos, gorgojos, mariquitas, cantáridos, etc), dermápteros (tijeretas), dípteros (moscas y mosquitos), hemípteros (chinches y cigarras), himenópteros (abejas, avispas y hormigas), lepidópteros (mariposas y polillas) y ortópteros (saltamontes y grillos). En paleópteros, destaca el orden odonatos (libélulas y caballitos del diablo) (García et al, 2012 & Contreras, 2014).

Los insectos presentan una anatomía externa común, presentan un exoesqueleto compuesto por placas duras, impermeables y ligeras llamadas escleritos, unidas por articulaciones flexibles. Su cuerpo esta diferenciado en tagmas (García et al, 2012):

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Sistemas bucales de insectos
  • Cabeza (1 par de antenas, ojos compuestos, hasta 3 ocelos y diversos aparatos bucales).
  • Torax (3 segmentos; 3 pares de patas y hasta 2 pares de alas).
  • Abdomen (9 -11 segmentos con apéndices muy reducidos o ausentes, a veces 2 a 3 cercos).

En cuanto a los sistemas bucales, se pueden diferenciar 4 básicos: (A) aparato masticador ej., ortópteros), (B) cortador-chupador (ej., himenópteros), (C) chupador en espiritrompa (lepidópteros) y (D) chupadorr (ej., dípteros).

Los insectos respiran por un sistema de tráqueas, por su sistema circulatorio circula hemolinfa. Normalmente son ovíparos, y la mayoría no suelen cuidar los huevos hasta su eclosión. Tras la eclosión, muchos  sufren metamorfosis (Contreras, 2014). Por ejemplo los saltamontes experimentan una metamorfosis incompleta, en estado juvenil (ninfa) es muy parecido al adulto pero en miniatura. En cambio, las mariposas sufren una metamorfosis completa, la cría (larva) pasa por cuatro fases distintas hasta alcanzar el aspecto adulto (Wilson, 2015).

Los insectos son muy diversos en su modo de vida. Han surgido en tierra firme, pero tienen una gran capacidad de adaptación y por eso se pueden encontrar en zonas de agua dulce y costeras, en desiertos, en las cumbres más elevadas, etc. (García et al, 2012). También existen insectos parásitos como los piojos o las ladillas. Sin embargo, dado que no pueden sobrevivir a la congelación, no hay insectos en los polos. En las zonas tropicales es donde se encuentra la mayor diversidad de insectos (Contreras, 2014).  Sin embargo, sí hay un insecto capaz de habitar en la Antártida, el insecto  Belgica antárctica (Alvarez, 2018).

Los insectos no se deben confundir con los arácnidos, escorpiones, crustáceos o ciempiés que también son artrópodos, pero no insectos. El insecto más pequeño mide alrededor de 150 micrómetros, mientras que el más grande, durante el carbonífero (hace 350 ma.) llegó a medir 75 cm (Contreras, 2014).

Drosophila melanogaster

Drosophila melanogaster es conocida como la mosca de la fruta o del vinagre. Esta especie es un pequeño insecto dentro del orden dípteros (Valls, 2011). Los dípteros presentan ojos compuestos grandes y en general, 3 ocelos. Un aparato bucal chupador-picador. Las alas anteriores son transparentes y presentan poca venación, mientras que las posteriores están modificadas en halterios o balancines (García et al, 2012). Las moscas de género Drosophila son unas 900 especies de pocos milímetros distribuidad por todo el planeta, salvo en climas extremos. Drosophila melanogaster  se alimenta de las colonias de levadura que crecen encima de manzanas, uvas, plátanos y otras frutas dulces (Valls, 2011).

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Fotografía de un díptero, en vista dorsal (García et al, 2012).

La mosca de la fruta es uno de los organismos modelo con mayor renombre en la investigación. Este organismo lleva más de cien años dentro del laboratorio. Inicialmente se uso para experimentos sobre evolución, dado su corto ciclo de vida (10-15 días) permitía estudiar la aparición y transmisión de mutaciones en generaciones sucesivas, sometidas a diferentes condiciones ambientales. Posteriormente se vio la idoneidad de esta especie para estudios genéticos. A partir de las moscas mutantes, Thomas H. Morgan, Alfred Sturtevant, Calvin B. Bridges y Hermann Müller  realizaron diversos experimentos, los cuales constituyen el cuerpo de la Teoría cromosómica de la Herencia (Valls, 2011).

Hoy en día, este organismo esta siendo muy útil en los estudios del cáncer, en los procesos de formación de tumores y metástasis. También permite estudiar temas relacionados con la conducta, algunos de estos  estudios se centran en los ritmos circadianos entre actividad e inactividad, otros se fijan en aspectos como el aprendizaje y la memoria a partir de las reacciones olor y el gusto. También conductas relacionadas con la acción a las drogas y el alcohol, para determinar qué mecanismos celulares y moleculares básicos que hay detrás de las conductas adictivas (Valls, 2011).

Capítulo 6.

REFERENCIAS

Alvarez, J (2018).El único insecto de la Antártida, que puede sobrevivir dos años congelado, es también el único animal terrestre que vive allí. La brújula verde. Disponible en: https://www.labrujulaverde.com/2018/05/el-unico-insecto-de-la-antartida-que-puede-sobrevivir-dos-anos-congelado-es-tambien-el-unico-animal-terrestre-que-vive-alli [Último acceso: 26 Abr. 2020].

Contreras, R. (2014). Los insectos. La guía. Disponible en: https://biologia.laguia2000.com/zoologia/los-insectos [Último acceso: 26 Abr. 2020].

García, A., Outerelo, R., Ruiz, E., Aguirre, J., Almodóvar, A., Alonso, J., Benito, J., Arillo, A. (2012). Prácticas de Zoología Estudio y diversidad de los Artrópodos Insectos. Reduca (Biología). Serie Zoología. 5 (3): 42-57.

Wilson, E. (2015). Insectos (hacia 400000000 a C.). En: Gerald, M. & Gerald, G. (eds). El libro de la biología. Del origen de la vida a la epigenética, 250 hitos de la historia de la biología: 36. Librero, AB Kerkdriel, Países Bajos.

Valls, L. (2011). “Seres modélicos. Entre la naturaleza y el laboratorio”. CSIC. Disponible en: http://seresmodelicos.csic.es/ [Último acceso: 26 Abr. 2020].

Charla “¿Son las bacterias que habitan en el cuerpo humano nuestras aliadas en la lucha contra el cáncer?”

Esta interesante charla será impartida por Esther Molina, doctora en Farmacia/Química por la Universidad de Granada que actualmente trabaja en el CNIO (Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas). Tendrá lugar el miércoles 18 de septiembre a las 19:00 en Pangea, C/ Príncipe de Vergara 26, Madrid.

¡No te lo pierdas!

Charla “El sol, la piel y el cáncer”

Ahora que el sol vuelve a ser el protagonista de nuestros cielos debemos conocer los riesgos que entraña la exposición a él y cómo prevenir el daño. No te pierdas esta interesantísima charla divulgativa hoy 19 de marzo a las 19:30 en el Moe Club de Madrid impartida por la Dra. Marisol Soengas, Jefa del Grupo de Melanoma y Decana para Asuntos Científicos en el CNIO.

Más información en: https://www.facebook.com/JamScienceDivulgacionCientifica/

¡Para que este verano puedas disfrutar del sol con conocimiento!

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Nobel de Medicina o Fisiología para la inmunoterapia contra el cáncer

“The Nobel Assembly at Karolinska Institutet has today decided to award the 2018 Nobel Prize in Physiology or Medicine jointly to James P. Allison and Tasuku Honjo for their discovery of cancer therapy by inhibition of negative immune regulation”

El premio de este año ha sido otorgado a James Allison y Tasuku Honjo por sus estudios relacionados con terapias oncológicas basadas en la inhibición de las barreras del sistema inmunitario.

Allison descubrió la proteína CTLA-4 en los linfocitos T,  la responsable de evitar las respuestas inmunitarias exageradas mientras que Honjo descubrió la proteína PD-1, también implicada en la respuesta inmunitaria pero con otro mecanismo diferente.

La inhibición de la PD-1 ha resultado ser una eficaz estrategia en la lucha contra el cáncer aunque nuevos estudios indican que una terapia que combine ambas proteínas  puede resultar aún más eficaz.

Esta revolución en los tratamientos oncológicos ha recibido hoy su reconocimiento en forma de premio Nobel. Enhorabuena a los galardonados.

 

Noticia completa aquí: https://bit.ly/2y0Nves

Comunicado oficial de la Nobel Prize Organisation: https://bit.ly/2IvsmxQ

El cáncer de mama y los organomateriales

Los organometales son compuestos que poseen enlaces entre átomos de metal y átomos de carbono. Estos enlaces son de tipo covalentes y bastante polares, comparten la polaridad de los metales del grupo II (los más polares), siendo estos los alcalinotérreos, como los irganoberillio y organocalcio. Muchos de estos organometales tienen tanto como propiedades termodinámicas como cinéticas. Debido a esto, los organometales tienen aplicaciones en muchos campos; como la medicina, química, biología, bioquímica… etc.
En este articulo nos centraremos en el ferroceno o ferrocene. La síntesis original del ferrocene fue descrita por Keasly y Pauson en 1951 en la Duquesne University of the Holy Ghost. Sugirieron que el Ferrocene se formaba después de la reducción del cloruro de hierro II con el bromuro de cilopentadienilmagnesio según la ecuación química:

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El ferrocene se trata de un cristal solido naranja cuya fórmula química es Fe(C5H5)2. Sus principales aplicaciones son en la medicina. Por ejemplo, en el cáncer de mama, donde el ferrocene ocupa un papel importante. Esto es debido a que el ferrocene tiene propiedades únicas como su aromaticidad, estabilidad en medio acuoso y potencial redox (medida de la actividad de los electrones de las reacciones redox). El medicamento por excelencia es el Tamoxifeno, que se emplea en la reducción del riesgo de cáncer de mama en mujeres.

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Imagen 1: Estructura química de la molécula de ferrocene.
El Tamoxifeno puede reducir el riesgo de recurrencia del cáncer de mama, reduce el riesgo de que se forme un tumor en la otra mama, es capaz de disminuir grandes tumores antes de la cirugía y desacelera o detiene (dependiendo del caso) el crecimiento del cáncer de mama en estado avanzado y en mujeres premenopáusicas y postmenopáusicas. Pero también ofrece otros beneficios que no están relacionados con el cáncer como la reducción de concentración de colesterol y ayuda a detener la pérdida de tejido óseo después de la menopausia. Estos beneficios son posibles gracias a que bloquea la acción de estrógenos en las células de las mamas, pero activa su función en las células del hígado y de los huesos.
El Tamoxifeno es un anti estrógeno no esteroidal, es decir, sin hormonas y ha sido un anticancerígeno muy usado en el cáncer de mama en los últimos 30 años. Su mecanismo de acción es el siguiente. Al ser un anti estrógeno se adhiere a unos estrógenos específicos (busca ciertos receptores en su membrana y se adhiere ellos) y los induce un cambio conformacional. De esta manera, altera o bloquea la expresión de los genes que dependan de estos estrógenos. Sus efectos, entre otros, son: la reducción de niveles de cierto factor de crecimiento que estimula la proliferación de células tumorales (factor de crecimiento insulina simil tipo 1) y el aumento de la secreción de un factor que inhibe el crecimiento de las células tumorales.
Pero no acaba ahí, el tamoxifeno es un medicamento que se transforma en el hígado en varios metabolitos activos, es decir, sustancias que se producen en el organismo debido a un medicamento que posee unas propiedades terapéuticas. Este es el caso del hidroxitamoxifeno, que posee una mayor afinidad por los estrógenos específicos que se nombraron anteriormente. Otro sería el endoxifeno, que tiene mayor concentración, pero tiene las mismas características que el hidroxitamoxifeno. Este último es el metabolito más activo y se ha demostrado en muchos estudios que la respuesta clínica viene ligada muy fuertemente.
En conclusión, no sabemos mucho acerca de los organometales, pero se han descubierto una gran cantidad de aplicaciones; tanto en la industria, en la química, como en la medicina. Este último caso es el del tamoxifeno, un ferroceno que reduce el riesgo de formación de un tumor en el otro pecho, en el caso de mujeres con cáncer de mama.
Referencias:
Gilles Gasser y Nils Metzler-Nolte, 2012, The potential of organometallic complexes in medicinal chemistry. ScienceDirect. Disponible en: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1367593112000051

Malay Patra y Gilles Gasser. 2012. Organometallic Compounds: An Opportunity for Chemical Biology?. NCBI. Disponible en: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22619182

Marvin Rausch, Martin Vogel y Harold Rosenberg. 1957. Ferrocene: A novel organometallic compound. ACS. Disponible en: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ed034p268

Pieter CA Bruijnincx y Peter J Sadler. 2008. New trends for metal complexes with anticancer activity. ScienceDirect.Disponible en: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S136759310700169X
Wee Han Ang, Angela Casini, Gianni Sava, Paul J. Dyson. 2011. Organometallic ruthenium-based antitumor compounds with novel modes of action. ScienceDirect. Disponible en:
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022328X1000700X

Imagen destacada: Hospital de la milagrosa (Unidad de mama), del artículo Cancer de mama:10 factores de riesgo.