Un nuevo atlas anatómico en 3D de la rana africana de uñas mejora la comprensión de los procesos de desarrollo y metamorfosis

Un atlas anatómico 3D del organismo modelo Xenopus laevis (la rana con uñas africana) ahora está disponible para ayudar a los investigadores a comprender el desarrollo embrionario y la metamorfosis, el intrigante proceso por el cual un renacuajo se transforma en una rana madura.

La falta de disponibilidad de este tipo de datos ha limitado en gran medida la capacidad de evaluar y comprender estos procesos complejos. Para aumentar el acceso y la interactividad para investigadores, educadores científicos e incluso entusiastas de la impresión 3D, estos datos se han convertido en archivos digitales integrables de libre acceso para visualización 3D con Sketchfab y como archivos de impresión 3D disponibles en Thingiverse. Este trabajo, junto con todos los datos disponibles, se ha publicado en la revista Gigaciencia.

La rana africana con uñas (Xenopus laevis) se ha convertido en un organismo modelo vertebrado muy comprendido y versátil para estudios en biología del desarrollo y otras disciplinas debido a la disponibilidad de múltiples tipos de datos, desde experimentos de trasplante fundamentales para el campo de la embriología a principios del siglo XX hasta los experimentos actuales que utilizan tecnología de secuenciación genómica de alta calidad.

Esta rana, fácil de reproducir, es especialmente adecuada para los estudios de la reorganización del plan corporal durante los grandes cambios que ocurren cuando el renacuajo se transforma en una rana adulta, un proceso llamado metamorfosis. Sin embargo, para avanzar en la comprensión de estos procesos, existe una gran necesidad de un tipo adicional de datos.

El Dr. Jakub Harnos de la Universidad Masaryk (República Checa), uno de los científicos principales del estudio, explica que «existe una brecha notable en la disponibilidad de conjuntos de datos exhaustivos que abarquen las últimas etapas del desarrollo de Xenopus».

Para llenar este vacío, el equipo de investigadores proporciona ahora los datos que faltan. Los autores utilizaron la microtomografía de rayos X, una técnica de obtención de imágenes en 3D, para crear un atlas anatómico que describa con mayor precisión las múltiples etapas del desarrollo de X. laevis. Mediante el análisis detallado de sus reconstrucciones en 3D en las distintas etapas del desarrollo, los autores pudieron identificar los cambios clave que ocurren durante las transformaciones anatómicas en las etapas de renacuajo a ranita y a adulto maduro.

Un ejemplo sorprendente de los cambios de forma que se pueden seguir con gran detalle con estos nuevos datos de alta resolución es el ajuste de la posición de los ojos de la rana en desarrollo y el momento exacto de este cambio. A medida que avanza el desarrollo, la distancia entre los ojos disminuye progresivamente.

«Esta adaptación se alinea bien con la estrategia de vida de la rana, que pasa de ser un renacuajo que vive en el agua con ojos laterales a un adulto con ojos posicionados en la parte superior de la cabeza para un estilo de vida sumergido, que recuerda a los cocodrilos», señalan los autores.

El intestino de la rana también sufre una importante remodelación durante la metamorfosis. En un período de ocho días, el intestino se acorta aproximadamente un 75% y el patrón de enrollamiento cambia drásticamente. Este proceso, que es difícil de estudiar con otros métodos, se puede seguir con gran detalle mediante la microtomografía de rayos X que han creado los investigadores.

Otros datos anatómicos que se muestran en alta resolución espacial y temporal en el nuevo atlas 3D son las diferencias entre las ranas macho y hembra (las hembras terminan siendo más grandes, en general) y la posición muy sutil de los dientes de X. laevis, que están ocultos detrás del arco maxilar.

«Nuestro estudio proporciona todos los datos de microtomografía de rayos X de forma abierta, lo que permite a otros investigadores estudiar tanto los tejidos blandos como los duros con un nivel de detalle sin precedentes en este modelo vertebrado clave», enfatiza el Dr. Harnos.

Para permitir que los científicos, educadores y la comunidad de impresión 3D tengan un fácil acceso a los modelos imprimibles, una colección de 40 modelos 3D de superficie renderizada del atlas anatómico de Xenopus laevis está disponible en la plataforma de diseño Thingiverse. Los modelos digitales integrables también se pueden descargar desde el sitio web de Sketchfab y se pueden ver en el artículo de investigación.