El ININ hoy

DE DROSOPHILA Y RADIOBIOLOGÍA Por

Víctor

Manuel

Departamento

de

Salceda

Sacanelles,

Biología,

ININ

redescubrimiento en 1900 por DeVries, Tchermark y Correns.

([email protected])

Una serie de descubrimientos y aportaciones de Antecedentes

la física a fines del siglo XIX y en los albores del XX (entre los mas representativos el de los rayos-

El incesante proceso evolutivo que originó las

X por Roentgen, el de la radioactividad por

razas y especies hoy existentes, continua

Bequerel, la desintegración atómica por

actuando en ellas y modificándolas a través de

Rutherford y los isótopos radiactivos de los

las generaciones que les suceden.

esposos Curie) proveyeron a los genetistas de los medios físicos para modificar las tasas de

La evolución biológica, ya entrevista en el siglo

mutación y, posteriormente, para ayudar a

VI a.C. por Anaximandro y reconocida por los

resolver muchas dudas y permitir que dichos

naturalistas de los siglos XVII y XVIII, fue por

avances sirvieran como base para la mejoría en

primera vez formulada por Lamarck. En 1859

las condiciones de vida humana que condujo al

Charles Darwin y Alfred Wallace presentaron a

establecimiento del genoma humano y de otros

la evolución como teoría científica, sintetizando

organismos. Valga decir que el primero en ser

el enorme acervo de evidencias acumuladas y

completado fue el de Drosophila melanogaster

postularon que el origen y evolución de las

en 2001, ya que en estas fechas el genoma

especies se debía a la aparición de cambios

humano no estaba concluido en su totalidad

graduales en los organismos que podían

dado su mayor tamaño.

perpetuarse través de las generaciones, o bien, llegar a desaparecer, dependiendo todo ello del

En las primeras décadas del siglo XX se

ambiente que a través de la selección natural

resolvieron no solo las bases de la genética sino

favorecía o eliminaba estas pequeñas

de todos los planteamientos técnicos y avances

variaciones. Unos años después, en 1865,

necesarios para situarla, a fines del mismo siglo,

Mendel presenta los resultados de sus

como la ciencia con mayores logros: desde el

experiencias con chícharos enunciando así los

planteamiento de sus leyes fundamentales, sus

fundamentos que explicaban la forma en que

teorías como la de la mutación, hasta su

se transmitían los caracteres de padres a hijos

contribución en la síntesis moderna de la

formulando las llamadas Leyes de Mendel, que

evolución. Durante el desarrollo de la genética

por cierto permanecieron ignoradas hasta su

u Contacto

Nuclear 3 5

ha sido fundamental el empleo de diversas

permitieron a los investigadores el diseño de

especies de la mosca del género Drosophila.

cepas con marcadores específicos de utilidad para futuros estudios de genética y de radiobiología.

Así, poco después del descubrimiento de la radiación y su importancia no sólo en el ámbito

El análisis genético de los cromosomas consiste

de la física sino en el de la biología, Müller en

básicamente en la producción mediante la

1927, usando a la especie Drosophila

radiación de aberraciones cromosómicas como

melanogaster como organismo modelo,

deleciones, duplicaciones, translocaciones e

desarrolló un método de detección de mutaciones

inversiones las cuales demostraron ser de gran

recesivas ligadas al sexo por medio de

utilidad como marcadores genéticos empleados

cromosomas con determinados marcadores

en el mejoramiento genético de plantas y

genéticos que se expresaban en la morfología

animales. Asimismo permitieron el análisis de la

de las moscas y demostró que la radiación

dinámica cromosómica y con los avances de las

ionizante aumentaba las tasas de estos cambios.

técnicas citogenéticas, la determinación de

Siguieron prontamente innumerables trabajos

cariotipos de infinidad de organismos.

en que se utilizaron diferentes fuentes de radiación extendiéndose a los más variados

Dentro de los estudios de la tercera categoría

organismos la inducción de mutaciones.

tenemos los conducidos por Stone y colaboradores en los archipiélagos Bikini y Marshall en el

En 1968, Russel consideró que para el estudio

océano Pacífico. Estas investigaciones se iniciaron

u

de la mutación inducida se tienen tres enfoques experimentales: a)

método de locus específico,

b)

análisis genético de los cromosomas,

c)

componentes de valor adaptativo en poblaciones irradiadas

El método de locus específico permitió la obtención de mutantes recesivos visibles y letales en Drosophila malanogaster, que aumentaron el acervo genético de los diferentes laboratorios y sirvieron para construir cepas con genes marcadores de utilidad en diversos estudios que, extrapolados a otras especies, facilitarían la tarea del mejoramiento genético con fines comerciales tanto en plantas, como en animales. Estas cepas también sirvieron para determinar la relación dosis-frecuencia de mutación inducida que en el caso de Drosophila demostró ser lineal y válida para dosis altas y bajas. El uso combinado de la radiación y las técnicas introducidas por Müller 36

Contacto

Nuclear

GLOSARIO Autonómicos: cromosomas somáticos que no desempeñan ningún papel en la determinación del sexo. También se dice de los genes portados por esos cromosomas. Cariotipo (s): aspecto físico del complemento cromosómico de una especie, generalmente observable al microscopio. Citogenética: ciencia que estudia la relación entre la estructura y comportamiento de los cromosomas con la herencia. Deleción(es): mutación cromosómica consistente en la pérdida de un segmento de cromosoma. Disyunción: fenómeno en el que los cromosomas homólogos se dirigen a los polos separados durante la meiosis. Eclosión: emergencia de un adulto de la envoltura puparia o capullo. Frecuencia basal: frecuencia inicial o normal en una población para una característica que durante un tratamiento experimental es alterado y que sirve para cuantificar el efecto del tratamiento. Heteróciga: condición en la que en un locus determinado se tiene en cada cromosoma homólogo un alelo diferente, generalmente uno dominante que se expresa y su correspondiente recesivo. Inversión (es): mutación cromosómica originada por una doble ruptura, seguida de un giro de 180o del segmento medio y posterior reunión, quedando el segmento así formado con una secuencia invertida. Locus específico: posición de un gen en el cromosoma, específico para una característica dada. Prueba de letales recesivos: serie de cruzas independientes con marcadores genéticos específicos que permiten en la tercera generación detectar genes letales portados en un cromosoma determinado. Técnicas citogenéticas: métodos empleados para determinar cambios cromosómicos numéricos o estructurales.

poco antes del comienzo de las pruebas nucleares

oviposición, eclosión, esterilidad, fecundidad,

y se prolongaron hasta que concluyeron las

longevidad, velocidad de desarrollo y viabilidad

detonaciones. Los estudios, que culminaron con

huevo adulto, observando cómo eran alterados

varias publicaciones editadas entre 1954 y 1966,

al ser irradiados los progenitores.

lograron caracterizar aspectos de la radiobiología, la genética y la ecología todo ello en poblaciones

Otros estudios, llevados a cabo en Brasil con

naturales y experimentales de varias especies

Drosophila

de Drosophila habitantes naturales de las islas

comportamiento de genes letales introducidos

sometidas a las pruebas nucleares. Los análisis

en poblaciones naturales en campo y en el

se realizaron básicamente con Drosophila

laboratorio. De este modo fue posible evaluar y

ananassae y comprendieron la detección de

correlacionar este parámetro con variaciones

mutaciones letales recesivas, aparición de

ambientales y aclarar asimismo aspectos de la

aberraciones cromosómicas y valoraciones de

dinámica de este tipo de genes en la naturaleza.

características de valor adaptativo como fertilidad,

Se determinó la frecuencia y persistencia de

tasa de postura de huevos y viabilidad huevo

mutaciones letales, la frecuencia de inversiones

adulto.

y algunas otras características de valor adaptativo.

willistoni,

se

refieren

al

Los resultados mostraron un aumento en la Los resultados de esas pruebas mostraron que

frecuencia de genes letales conforme se

la frecuencia de mutaciones letales recesivas es

incrementaban las dosis de radiación, así como

comparable con los valores encontrados en otros

la persistencia a lo largo de 15 generaciones de

estudios en diversas especies del género. Se

algunos de estos letales, a pesar de que las

encontraron dos inversiones ya conocidas en

frecuencias generales habían regresado a los

otras islas de la región y varias inversiones

valores testigo. Lo mismo ocurrió con los otros

pequeñas nuevas, pero no se observaron

parámetros analizados, también en Drosophila

inversiones grandes u otro tipo de aberraciones.

pero con la especie nebulosa. Se determinó la

Las pruebas de fertilidad indicaron que las

radioresistencia inducida al exponer a

generaciones F1 y F2 (primera y segunda

generaciones sucesivas de moscas a la radiación,

generaciones) eran considerablemente más

examinando después algunos componentes de

fértiles y no hubo diferencias considerables en

valor adaptativo como producción de huevos y

cuanto al número promedio de huevos

número promedio de descendientes por pareja.

depositados por hembra durante su periodo de

Se observó que tras la primera irradiación, los

postura.

valores de estos componentes disminuían considerablemente. Sin embargo, a través de

A partir de 1949, Bruce Wallace inicia una serie

generaciones y radiaciones sucesivas el daño

de experimentos relativos a los efectos de la

producido era menor y los ya dañados se

radiación en poblaciones experimentales de

recuperaban hasta alcanzar valores similares a

Drosophila melanogaster, lo que le permitió no

los del testigo sin irradiar.

solo obtener datos experimentales sino también conceptuar y caracterizar las medidas de los

Todo lo anterior es sólo una muestra de los

componentes de valor adaptativo en las

estudios pioneros realizados con Drosophila a

poblaciones irradiadas. Entre otros parámetros

nivel mundial siguiendo exclusivamente las tres

estudiados por este autor tenemos: las tasas de Contacto

u Nuclear 3 7

líneas de investigación consideradas como

recesivos ligados al sexo en las cepas Canton-S y

primordiales.

México de Drosophila melanogaster, mismas que nos sirvieron como testigos para experimentos

Genética en el ININ

posteriores. Siendo esta prueba muy común en experimentos de esta índole, y considerada como

En la Comisión Nacional de Energía Nuclear

la más adecuada para la detección de mutaciones

(CNEN), precursora del ININ, el doctor Alfonso

debidas a cualquier tipo de agente ya sea físico,

León de Garay fundó el entonces denominado

químico o biológico, introdujimos una variante

Programa de Genética, en diciembre de 1960.

que consistió en medir esta frecuencia en tres

Desde sus inicios se estableció el laboratorio de

diferentes etapas de la espermatogénesis y

Drosophila, dedicado fundamentalmente al

utilizando tres diferentes dosis. Los resultados

estudio de los efectos biológicos de la radiación

reportados demostraron primero, que al aumentar

y de la energía nuclear en general, además de

la dosis aumenta el daño y segundo, que mientras

otras actividades de índole biológico, empleando

más

como

Drosophila

espermatogénesis el daño producido es mayor.

melanogaster y unas cuantas especies más del

Estos experimentos demostraron la mayor

mismo género.

sensibilidad ante la radiación en las etapas

organismo

modelo

temprana

sea

la

etapa

de

la

tempranas del desarrollo de las células El laboratorio inició el estudio de la radiobiología,

reproductoras, como puede apreciarse en la tabla

dirigido por el entonces líder del grupo, doctor

que sigue:

Rodolfo Félix (qepd.), en la que pudiéramos llamar

1 5 Gy

2 5 Gy

4 5 Gy

Espermatogonias

2.4

4.5

7.4

Espermatocitos

2.1

3.4

5.1

Espermatozoides

1.8

1.9

3.9

época clásica de la radiobiología, que se extendió de los años 1950 al fin de los 1970. ¿Cuáles han sido las aportaciones del laboratorio de Genética del ININ al respecto? Trataremos aquí de mostrar en forma resumida los logros

Interesados en conocer la persistencia del daño

obtenidos con estos estudios.

inducido por la radiación, se estudió la frecuencia de genes recesivos autosómicos en cuatro

38

Contacto

Después de un tiempo considerable dedicado al

poblaciones experimentales de Drosophila

equipamiento del laboratorio así como al

melanogaster, una testigo y tres que habían

entrenamiento y consolidación del grupo, se

acumulado a lo largo de su historia un total de

realizaron una serie de validaciones de las

120 Gy de rayos X suministrados en dosis de 20,

diferentes técnicas de uso cotidiano empleadas

40 y 60 Gy por generación, tomando como

con Drosophila, tales como detección de genes

parámetro la viabilidad huevo adulto, factor que

letales recesivos autosómicos y ligados al sexo,

disminuye conforme aumenta la dosis. Una vez

determinación de pérdida de cromosomas, no

alcanzada la dosis final se suprimió la radiación

disyunción y citogenética, herramientas

y transcurridas 45 generaciones de reposo se hizo

indispensables para el estudio de los efectos

la prueba de los letales recesivos en el

biológicos de la radiación en esta especie.

cromosoma II. Los resultados de este análisis

Nuestros primeros resultados se refieren a la

demostraron que el daño inducido persiste a través

determinación de la frecuencia basal de genes

de las generaciones hasta alcanzar un equilibrio

Nuclear

u

como se indica en la tabla, a partir del cual no sufre ya ningún cambio. Si bien el efecto sobre la carga genética (frecuencia de genes recesivos) alcanzaba el equilibrio, los valores de la viabilidad huevo adulto regresaban a la normalidad. Cromosomas probados

% de letales

% de semiletales

Testigo

451

11.1

2.2

2 0 Gy

373

26.3

3.5

4 0 Gy

310

45.2

2.9

6 0 Gy

327

42.5

3

hembras

machos

hembras

machos

testigo

29.1

30.5

43.1

44.5

7.32 KR

33.1

33.0

47.1

47.0

14.64 KR

31.4

26.5

45.0

40.5

21.96 KR

28.8

22.0

42.8

36.0

29.28 KR

28.5

21.0

40.5

35.0

36.60 KR

26.8

18.0

40.8

32.0

43.92 KR

25.4

15.4

39.4

29.4

Porcentaje de sobrevivencia vida media en días

departamentos del ININ, consistió en la exposición crónica de una población de Drosophila

Pero no todo era daño. En estas pruebas se demostró que en los individuos portadores de genes letales en condición heteróciga, esto es, aquellos individuos que portaban un gen letal inducido por radiación y otro con marcadores normales, producían en promedio más descendientes que aquellos que portaban un gen letal proveniente de poblaciones no irradiadas y otro con los marcadores normales, lo que sugiere que los genes que fueron expuestos a la radiación confieren a sus portadores la posibilidad de generar un mayor número de descendientes y, por lo tanto, están mejor

melanogaster a una fuente de pechblenda emisora de radón222. La exposición duró nueve generaciones y en cada una de ellas fueron analizados varios parámetros. Así, se observó que la fertilidad de los individuos disminuía al transcurrir las generaciones en tanto que la viabilidad huevo adulto se incrementaba. Utilizando la prueba de mutación somática y recombinación se detectó una mayor frecuencia de manchas simples, que es indicativo de inducción de mutación. También se analizó la frecuencia de genes recesivos para el cromosoma II y en este caso no se observó cambio alguno

adaptados.

con respecto al testigo ni entre las diferentes

No sólo hemos analizado el efecto que inducen

viabilidad con respecto a la fecundidad demostró

los rayos X. Así, por ejemplo con vías a conocer el efecto que producen los electrones acelerados, se hizo un experimento en el cual se midió la sobrevivencia de individuos de 14 días de edad al momento de ser sometidos a los electrones acelerados a dosis que van de 4.32 hasta 43.92 kilorads midiéndose por separado para machos y hembras, la duración de la vida media a partir de la exposición. Los resultados obtenidos son

generaciones. Sin embargo, un análisis de la que aquellas moscas sujetas a la exposición del radón dejaban en promedio mayor número de descendientes. El interés de los investigadores de este laboratorio no solo se centra en determinar el daño provocado por la radiación sino también en usar, en pruebas con Drosophila melanogaster, este agente para evaluar la acción protectora o

para ambos parámetros:

inhibidora de algunas substancias, en específico

Otra investigación llevada a cabo en el laboratorio

radio protectora (ver Pimentel y Cruces, 2007, en

de Genética y en colaboración con otros

la clorofilina que ya ha sido catalogada como Contacto Nuclear N° 43 para mayor información). u Contacto

Nuclear 3 9

Por su importancia en la salud pública, se ha

a la desecación, estabilidad temporal,

prestado atención especial a la radiación como

comportamiento dispersivo, radioresistencia y

posible agente contaminador ambiental. A

proporción de especies además de frecuencia de

mediados de la década de 1980, se empezó a

especies del mismo género. Estos análisis se

monitorear las instalaciones de la Planta

hicieron de manera simultánea en las dos

Núcleoeléctrica de Laguna Verde para determinar

especies con el propósito de detectar presuntas

los valores basales de una serie de parámetros

diferencias de respuesta entre ambas, pero en

biológicos que serían analizados a lo largo de la

ningún caso se llegó a observar efecto negativo

vida útil de la planta. Estos estudios se

alguno que pudiera ser atribuido a la presencia

prolongaron por más de diez años cubriendo

de la nucleoeléctrica. Sin embargo, sí hubo

desde la fase de construcción de las instalaciones,

diferencias entre especies, debidas a las

hasta las etapas pre-operativa y operativa del

características inherentes de cada una y a la

reactor. Para esto se determinaron originalmente

respuesta a cambios estacionales.

dos sitios, uno que fungiría como testigo y otro como sitio experimental o de exposición; los

A lo largo de más de 45 años de actividades en

últimos estudios se realizaron incluyendo un

este laboratorio han participado los doctores

tercer sitio fuera de las instalaciones.

Rodolfo Félix y Louis Levine ya fallecidos; Olga Olvera, Judith Guzmán, María Esther de la Rosa,

En los tres sitios se han realizado colectas

Carolina Arceo dedicados ahora a otros

bianuales y aún mensuales de diferentes

menesteres. Actualmente continúan en estos

especies de Drosophila para en ellas conducir

trabajos Emilio Pimentel, Martha Patricia Cruces,

las diferentes evaluaciones programadas.

Dora Luz Barrón y el que suscribe, así como participaciones esporádicas de investigadores

Con Drosophila melanogaster y Drosophila

visitantes tanto nacionales como extranjeros y,

simulans se han analizado los siguientes

por supuesto, han hecho su tesis un buen número

parámetros: de viabilidad huevo adulto, resistencia

de estudiantes a diferentes niveles académicos.

i

Drosophilas de las cepas del Laboratorio de Genética del ININ. En la imagen de la izquierda se aprecian los ojos de esta mosca: el rojo muestra la forma silvestre y el blanco, una mutación. En la imagen de la derecha aparecen dos formas de alas: el ala silvestre (a la derecha) contrasta con el ala rizada producto de una mutación. Estos especímenes se utilizan en diversos estudios sobre genética 40

Contacto

Nuclear