Pez cebra

El pez cebra (Danio rerio) es un pez de agua dulce perteneciente a la familia de los pececillos (Cyprinidae) del orden Cypriniformes. Originario del sur de Asia, es un pez de acuario popular, vendido con frecuencia bajo el nombre comercial zebra danio (y por lo tanto, a menudo llamado "pez tropical" aunque tanto tropical como subtropical). También se encuentra en estanques privados.

El pez cebra es un organismo modelo vertebrado importante y ampliamente utilizado en la investigación científica, por ejemplo, en el desarrollo de fármacos, en particular, en el desarrollo preclínico. También es notable por sus capacidades regenerativas y ha sido modificado por investigadores para producir muchas cepas transgénicas.

Taxonomía

El pez cebra es un miembro derivado del género Brachydanio, de la familia Cyprinidae. Tiene una relación de grupo hermano con Danio aesculapii. El pez cebra también está estrechamente relacionado con el género Devario, como lo demuestra un árbol filogenético de especies cercanas.

Distribución

Alcance

El pez cebra es originario de los hábitats de agua dulce del sur de Asia, donde se encuentra en India, Pakistán, Bangladesh, Nepal y Bután. El límite norte está en el sur del Himalaya, desde la cuenca del río Sutlej en la región fronteriza entre Pakistán e India hasta el estado de Arunachal Pradesh en el noreste de India. Su área de distribución se concentra en las cuencas de los ríos Ganges y Brahmaputra, y la especie se describió por primera vez en el río Kosi (cuenca inferior del Ganges) de la India. Su área de distribución más al sur es más local, con registros dispersos de las regiones de los Ghats occidentales y orientales. Se ha dicho con frecuencia que ocurre en Myanmar (Birmania), pero esto se basa completamente en registros anteriores a 1930 y probablemente se refiere a parientes cercanos que solo se describen más adelante, en particular Danio kyathit. Asimismo, los registros antiguos de Sri Lanka son muy cuestionables y siguen sin confirmarse.

El pez cebra se ha introducido en California, Connecticut, Florida y Nuevo México en los Estados Unidos, presumiblemente por liberación deliberada de los acuaristas o por escape de las piscifactorías. La población de Nuevo México había sido extirpada en 2003 y no está claro si los demás sobreviven, como lo fueron los últimos registros publicados hace décadas. En otros lugares, la especie se ha introducido en Colombia y Malasia.

Hábitats

El pez cebra suele habitar en aguas claras que fluyen de moderadas a estancadas y de poca profundidad en arroyos, canales, zanjas, lagos en forma de meandro, estanques y arrozales. Suele haber algo de vegetación, sumergida o que sobresale de las orillas, y el fondo es arenoso, fangoso o limoso, a menudo mezclado con guijarros o grava. En encuestas de ubicaciones de pez cebra en gran parte de su distribución en Bangladesh e India, el agua tenía un pH casi neutro a algo básico y en su mayoría osciló entre 16,5 y 34 °C (61,7–93,2 °F) en temperatura. Un sitio inusualmente frío tenía solo 12,3 °C (54,1 °F) y otro sitio inusualmente cálido tenía 38,6 °C (101,5 °F), pero el pez cebra aún parecía saludable. La temperatura inusualmente fría fue en una de las ubicaciones más altas conocidas de pez cebra a 1576 m (5171 pies) sobre el nivel del mar, aunque la especie se ha registrado a 1795 m (5889 pies).

Descripción

El pez cebra recibe su nombre de las cinco franjas azules, horizontales, pigmentadas y uniformes en el costado del cuerpo, que recuerdan a las franjas de una cebra y que se extienden hasta el final de la aleta caudal. Su forma es fusiforme y lateralmente comprimida, con la boca dirigida hacia arriba. El macho tiene forma de torpedo, con franjas doradas entre las franjas azules; la hembra tiene un vientre blanquecino más grande y rayas plateadas en lugar de doradas. Las hembras adultas exhiben una pequeña papila genital frente al origen de la aleta anal. El pez cebra puede alcanzar hasta 4-5 cm (1,6-2,0 pulgadas) de largo, aunque por lo general miden 1,8-3,7 cm (0,7-1,5 pulgadas) en la naturaleza, con algunas variaciones según la ubicación. Su vida útil en cautividad ronda los dos o tres años, aunque en condiciones ideales puede llegar a superar los cinco años. En la naturaleza es típicamente una especie anual.

Psicología

En 2015, se publicó un estudio sobre los peces cebra' Capacidad de memoria episódica. Los individuos mostraron capacidad para recordar el contexto con respecto a objetos, lugares y ocasiones (qué, cuándo, dónde). La memoria episódica es una capacidad de los sistemas de memoria explícita, típicamente asociada con la experiencia consciente.

Las células de Mauthner integran una amplia gama de estímulos sensoriales para producir el reflejo de escape. Se encontró que esos estímulos incluyen las señales de la línea lateral de McHenry et al 2009 y señales visuales consistentes con objetos inminentes de Temizer et al 2015, Dunn et al 2016 y Yao et al 2016.

Reproducción

Estadios de desarrollo de peces cebra. Fotos a escala excepto adulto, que es de aproximadamente 2,5 cm (1 pulg) de largo.

El tiempo aproximado de generación de Danio rerio es de tres meses. Un macho debe estar presente para que ocurra la ovulación y el desove. El pez cebra son reproductores asincrónicos y, en condiciones óptimas (como disponibilidad de alimentos y parámetros de agua favorables), pueden reproducirse con éxito con frecuencia, incluso a diario. Las hembras pueden desovar a intervalos de dos a tres días, poniendo cientos de huevos en cada nidada. Tras la liberación, comienza el desarrollo embrionario; en ausencia de espermatozoides, el crecimiento se detiene después de las primeras divisiones celulares. Los huevos fertilizados se vuelven transparentes casi inmediatamente, una característica que hace que D. rerio una especie modelo conveniente para la investigación. Se demostró que la determinación del sexo de las cepas comunes de laboratorio es un rasgo genético complejo, en lugar de seguir un sistema simple ZW o XY.

El embrión del pez cebra se desarrolla rápidamente y los precursores de todos los órganos principales aparecen dentro de las 36 horas posteriores a la fertilización. El embrión comienza como una yema con una sola célula enorme en la parte superior (ver imagen, panel de 0 h), que se divide en dos (panel de 0,75 h) y continúa dividiéndose hasta que hay miles de células pequeñas (panel de 3,25 h). Luego, las células migran por los lados de la yema (panel de 8 h) y comienzan a formar una cabeza y una cola (panel de 16 h). La cola luego crece y se separa del cuerpo (panel de 24 h). La yema se encoge con el tiempo porque el pez la usa como alimento a medida que madura durante los primeros días (panel de 72 h). Después de unos meses, el pez adulto alcanza la madurez reproductiva (panel inferior).

Para animar a los peces a desovar, algunos investigadores utilizan una pecera con un inserto de fondo deslizante, que reduce la profundidad de la piscina para simular la orilla de un río. El pez cebra se reproduce mejor por la mañana debido a sus ritmos circadianos. Los investigadores han podido recolectar 10.000 embriones en 10 minutos utilizando este método. En particular, una pareja de peces adultos es capaz de poner de 200 a 300 huevos en una mañana en aproximadamente 5 a 10 a la vez. Además, se sabe que el pez cebra macho responde a marcas más pronunciadas en las hembras, es decir, "buenas rayas", pero en un grupo, los machos se aparearán con cualquier hembra que puedan encontrar. Lo que atrae a las mujeres no se entiende actualmente. La presencia de plantas, incluso plantas de plástico, aparentemente también favorece el desove.

La exposición a concentraciones ambientalmente relevantes de ftalato de diisononilo (DINP), comúnmente utilizado en una gran variedad de artículos de plástico, interrumpe el sistema endocannabinoide y, por lo tanto, afecta la reproducción de una manera específica del sexo.

Alimentación

El pez cebra es omnívoro y come principalmente zooplancton, fitoplancton, insectos y larvas de insectos, aunque puede comer una variedad de otros alimentos, como gusanos y pequeños crustáceos, si sus fuentes de alimentos preferidas no están fácilmente disponibles.

En la investigación, el pez cebra adulto a menudo se alimenta con camarones en salmuera o paramecio.

En el acuario

El pez cebra es un pez resistente y se considera bueno para los acuaristas principiantes. Su perdurable popularidad se puede atribuir a su disposición lúdica, así como a su rápida reproducción, estética, precio económico y amplia disponibilidad. También les va bien en cardúmenes o cardúmenes de seis o más, e interactúan bien con otras especies de peces en el acuario. Sin embargo, son susceptibles a Oodinium o enfermedad del terciopelo, microsporidios (Pseudoloma neurophilia) y especies de Mycobacterium. Si tienen la oportunidad, los adultos se comen a las crías, que pueden protegerse separando los dos grupos con una red, una caja de cría o un tanque separado. En cautiverio, el pez cebra vive aproximadamente cuarenta y dos meses. Algunos peces cebra en cautiverio pueden desarrollar una columna vertebral curva.

El cebra danio también se usó para hacer peces modificados genéticamente y fue la primera especie que se vendió como GloFish (pez de color fluorescente).

Cepas

A fines de 2003, el pez cebra transgénico que expresa proteínas fluorescentes verdes, rojas y amarillas estuvo disponible comercialmente en los Estados Unidos. Las cepas fluorescentes tienen el nombre comercial GloFish; otras variedades cultivadas incluyen "golden", "sandy", "longfin" y "leopardo".

El leopardo danio, anteriormente conocido como Danio frankei, es una forma de color manchada del pez cebra que surgió debido a una mutación del pigmento. Se han obtenido formas xantísticas del patrón de cebra y leopardo, junto con cepas de aletas largas, a través de programas de reproducción selectiva para el comercio de acuarios.

Varias cepas transgénicas y mutantes de pez cebra se almacenaron en el Centro de recursos de pez cebra de China (CZRC), una organización sin fines de lucro, que recibió el apoyo conjunto del Ministerio de Ciencia y Tecnología de China y la Academia de Ciencias de China.

Cepas de tipo salvaje

La Red de información de pez cebra (ZFIN) proporciona información actualizada sobre las cepas de tipo salvaje (WT) conocidas actualmente de D. rerio, algunos de los cuales se enumeran a continuación.

Híbridos

Los híbridos entre diferentes especies de Danio pueden ser fértiles: por ejemplo, entre D. rerio y D. nigrofasciatus.

Investigación científica

Los cromatofores de Zebrafish, mostrados aquí mediando adaptación de fondo, son ampliamente estudiados por los científicos.

Un pigmento de cebrapes mutante (abajo) producido por mutagénesis insercional. Un embrión de tipo salvaje (top) se muestra para la comparación. El mutante carece de pigmento negro en sus melanocitos porque no puede sintetizar correctamente la melanina.

D. rerio es un organismo modelo científico común y útil para estudios de desarrollo de vertebrados y función genética. Su uso como animal de laboratorio fue iniciado por el biólogo molecular estadounidense George Streisinger y sus colegas de la Universidad de Oregón en las décadas de 1970 y 1980; Los clones de pez cebra de Streisinger se encuentran entre los primeros clones de vertebrados creados con éxito. Su importancia ha sido consolidada por las exitosas pantallas genéticas avanzadas a gran escala (comúnmente conocidas como las pantallas de Tübingen/Boston). El pez tiene una base de datos en línea dedicada de información genética, genómica y de desarrollo, la Red de información de pez cebra (ZFIN). El Zebrafish International Resource Center (ZIRC) es un depósito de recursos genéticos con 29 250 alelos disponibles para su distribución a la comunidad investigadora. D. rerio es también una de las pocas especies de peces que han sido enviadas al espacio.

Investiga con D. rerio ha producido avances en los campos de la biología del desarrollo, la oncología, la toxicología, los estudios reproductivos, la teratología, la genética, la neurobiología, las ciencias ambientales, la investigación con células madre, la medicina regenerativa, las distrofias musculares y la teoría de la evolución.

Características del modelo

Como sistema biológico modelo, el pez cebra posee numerosas ventajas para los científicos. Su genoma ha sido completamente secuenciado y tiene comportamientos de desarrollo bien entendidos, fácilmente observables y comprobables. Su desarrollo embrionario es muy rápido, y sus embriones son relativamente grandes, robustos y transparentes, y capaces de desarrollarse fuera de su madre. Además, las cepas mutantes bien caracterizadas están fácilmente disponibles.

Otras ventajas incluyen la especie' tamaño casi constante durante el desarrollo temprano, lo que permite el uso de técnicas de tinción simples, y el hecho de que su embrión de dos células se puede fusionar en una sola célula para crear un embrión homocigoto. El pez cebra también es demostrablemente similar a los modelos de mamíferos y humanos en las pruebas de toxicidad, y exhibe un ciclo de sueño diurno con similitudes con el comportamiento del sueño de los mamíferos. Sin embargo, el pez cebra no es un modelo de investigación universalmente ideal; su uso científico presenta una serie de desventajas, como la ausencia de una dieta estándar y la presencia de pequeñas pero importantes diferencias entre el pez cebra y los mamíferos en las funciones de algunos genes relacionados con trastornos humanos.

Regeneración

El pez cebra tiene la capacidad de regenerar sus células ciliadas del corazón y de la línea lateral durante sus etapas larvarias. Es probable que el proceso de regeneración cardíaca implique vías de señalización como Notch y Wnt; Los cambios hemodinámicos en el corazón dañado son detectados por las células endoteliales ventriculares y sus cilios cardíacos asociados a través del canal iónico mecanosensible TRPV4, lo que posteriormente facilita la vía de señalización de Notch a través de KLF2 y activa varios efectores aguas abajo, como BMP-2 y HER2/neu. En 2011, la British Heart Foundation realizó una campaña publicitaria publicitando su intención de estudiar la aplicabilidad de esta capacidad en humanos, afirmando que su objetivo era recaudar 50 millones de libras esterlinas para financiar la investigación.

También se ha descubierto que el pez cebra regenera las células fotorreceptoras y las neuronas de la retina después de una lesión, que se ha demostrado que está mediada por la desdiferenciación y proliferación de la glía de Müller. Los investigadores amputan con frecuencia las aletas dorsales y ventrales de la cola y analizan su nuevo crecimiento para detectar mutaciones. Se ha descubierto que la desmetilación de las histonas se produce en el sitio de la amputación, lo que cambia las células del pez cebra a un estado similar a las células madre "activas", regenerativas. En 2012, científicos australianos publicaron un estudio que reveló que el pez cebra usa una proteína especializada, conocida como factor de crecimiento de fibroblastos, para garantizar que su médula espinal sane sin cicatrización glial después de una lesión. Además, también se ha descubierto que las células ciliadas de la línea lateral posterior se regeneran después de un daño o una interrupción del desarrollo. El estudio de la expresión génica durante la regeneración ha permitido la identificación de varias vías de señalización importantes implicadas en el proceso, como la señalización Wnt y el factor de crecimiento de fibroblastos.

Al investigar los trastornos del sistema nervioso, incluidas las enfermedades neurodegenerativas, los trastornos del movimiento, los trastornos psiquiátricos y la sordera, los investigadores están utilizando el pez cebra para comprender cómo los defectos genéticos subyacentes a estas afecciones causan anomalías funcionales en el cerebro humano, la médula espinal y los órganos sensoriales.. Los investigadores también han estudiado el pez cebra para obtener nuevos conocimientos sobre las complejidades de las enfermedades musculoesqueléticas humanas, como la distrofia muscular. Otro enfoque de la investigación del pez cebra es comprender cómo un gen llamado Hedgehog, una señal biológica que subyace en una serie de cánceres humanos, controla el crecimiento celular.

Genética

Genética de fondo

Las cepas consanguíneas y las poblaciones consanguíneas tradicionales no se han desarrollado para el pez cebra de laboratorio, y la variabilidad genética de las líneas de tipo salvaje entre las instituciones puede contribuir a la crisis de replicación en la investigación biomédica. Las diferencias genéticas en las líneas de tipo salvaje entre las poblaciones mantenidas en diferentes instituciones de investigación se han demostrado utilizando polimorfismos de un solo nucleótido y análisis de microsatélites.

Expresión génica

Debido a sus ciclos de vida rápidos y cortos y tamaños de embrague relativamente grandes, D. rerio o pez cebra son un modelo útil para estudios genéticos. Una técnica común de genética inversa es reducir la expresión génica o modificar el empalme utilizando la tecnología antisentido de Morpholino. Los oligonucleótidos de morfolino (MO) son macromoléculas sintéticas estables que contienen las mismas bases que el ADN o el ARN; al unirse a secuencias de ARN complementarias, pueden reducir la expresión de genes específicos o bloquear otros procesos para que no ocurran en el ARN. MO se puede inyectar en una célula de un embrión después de la etapa de 32 células, lo que reduce la expresión génica solo en las células que descienden de esa célula. Sin embargo, las células en el embrión temprano (menos de 32 células) son permeables a las moléculas grandes, lo que permite la difusión entre las células. Las pautas para usar Morpholinos en el pez cebra describen las estrategias de control apropiadas. Los morfolinos se microinyectan comúnmente en 500 µL directamente en embriones de pez cebra en etapa de 1-2 células. El morfolino es capaz de integrarse en la mayoría de las células del embrión.

Un problema conocido con las caídas de genes es que, debido a que el genoma experimentó una duplicación después de la divergencia de los peces con aletas radiadas y los peces con aletas lobuladas, no siempre es fácil silenciar la actividad de uno de los dos parálogos de genes de manera confiable debido a la complementación por el otro parálogo. A pesar de las complicaciones del genoma del pez cebra, existen varias plataformas globales disponibles comercialmente para el análisis de la expresión génica mediante micromatrices y la regulación del promotor mediante ChIP-on-chip.

Secuenciación del genoma

El Instituto Wellcome Trust Sanger inició el proyecto de secuenciación del genoma del pez cebra en 2001, y la secuencia completa del genoma de la cepa de referencia de Tubinga está disponible públicamente en la página del genoma del pez cebra del Centro Nacional de Información Biotecnológica (NCBI). La secuencia del genoma de referencia del pez cebra está anotada como parte del proyecto Ensembl y es mantenida por el Consorcio de Referencia del Genoma.

En 2009, los investigadores del Instituto de Genómica y Biología Integrativa de Delhi, India, anunciaron la secuenciación del genoma de una cepa de pez cebra salvaje, que contenía aproximadamente 1700 millones de letras genéticas. El genoma del pez cebra salvaje se secuenció con una cobertura de 39 veces. El análisis comparativo con el genoma de referencia del pez cebra reveló más de 5 millones de variaciones de un solo nucleótido y más de 1,6 millones de variaciones de deleción por inserción. Kerstin Howe et al. publicó en 2013 la secuencia del genoma de referencia del pez cebra de 1,4 GB y más de 26 000 genes que codifican proteínas.

ADN mitocondrial

En octubre de 2001, investigadores de la Universidad de Oklahoma publicaron D. Secuencia completa de ADN mitocondrial de rerio. Su longitud es de 16.596 pares de bases. Esto está dentro de los 100 pares de bases de otras especies de peces relacionadas, y es notablemente solo 18 pares más largo que el pez dorado (Carassius auratus) y 21 más largo que la carpa (Cyprinus carpio). El orden y el contenido de sus genes son idénticos a los de la forma común de ADN mitocondrial de los vertebrados. Contiene 13 genes que codifican proteínas y una región de control no codificante que contiene el origen de replicación de la hebra pesada. Entre una agrupación de cinco genes de ARNt, se encuentra una secuencia que se asemeja al origen vertebrado de la replicación de la cadena ligera. Es difícil sacar conclusiones evolutivas porque es difícil determinar si los cambios de pares de bases tienen un significado adaptativo a través de comparaciones con otros vertebrados. secuencias de nucleótidos.

Genética del desarrollo

T-boxes y homeoboxes son vitales en Danio de forma similar a otros vertebrados. El equipo de Bruce et al es conocido por esta área, y en Bruce et al 2003 & Bruce et al 2005 descubren el papel de dos de estos elementos en los ovocitos de esta especie. Al interferir a través de un alelo dominante no funcional y un morfolino, descubren que el activador de la transcripción T-box Eomesodermin y su objetivo mtx2, un factor de transcripción, son vitales para la epibolia. (En Bruce et al 2003, no pudieron respaldar la posibilidad de que Eomesodermin se comporte como Vegt. Ni ellos ni nadie más ha podido localizar ninguna mutación que, en la madre, impida el inicio de los procesos de desarrollo del mesodermo o endodermo en esta especie.)

Genes de pigmentación

En 1999, se identificó la mutación nacre en el ortólogo de pez cebra del factor de transcripción MITF de mamíferos. Las mutaciones en el MITF humano dan como resultado defectos oculares y pérdida de pigmento, un tipo de síndrome de Waardenburg. En diciembre de 2005, un estudio de la cepa golden identificó el gen responsable de su pigmentación inusual como SLC24A5, un transportador de soluto que parecía ser necesario para la producción de melanina, y confirmó su función con una desactivación de Morpholino. Luego se caracterizó el gen ortólogo en humanos y se encontró que una diferencia de un par de bases segregaba fuertemente a los europeos de piel clara y a los africanos de piel oscura. Desde entonces, el pez cebra con la mutación nacre se ha criado con peces con una mutación roy orbison (roy) para producir peces que no tienen melanóforos ni iridóforos y son transparentes hasta la edad adulta. Estos peces se caracterizan por ojos uniformemente pigmentados y piel translúcida.

Transgénesis

La transgénesis es un enfoque popular para estudiar la función de los genes en el pez cebra. La construcción del pez cebra transgénico es bastante fácil mediante un método que utiliza el sistema de transposones Tol2. Elemento Tol2 que codifica un gen para una transposasa totalmente funcional capaz de catalizar la transposición en el linaje germinal del pez cebra. Tol2 es el único elemento transponible de ADN natural en vertebrados del que se ha identificado un miembro autónomo. Los ejemplos incluyen la interacción artificial producida entre LEF1 y Catenin beta-1/β-catenin/CTNNB1. Dorsky et al 2002 investigaron el papel de Wnt en el desarrollo mediante la expresión transgénica de un reportero Lef1/β-catenina.

Existen protocolos bien establecidos para editar genes de pez cebra mediante CRISPR-Cas9 y esta herramienta se ha utilizado para generar modelos genéticamente modificados.

Cuerpos adultos transparentes

En 2008, los investigadores del Boston Children's Hospital desarrollaron una nueva cepa de pez cebra, llamada Casper, cuyos cuerpos adultos tenían una piel transparente. Esto permite una visualización detallada de la actividad celular, la circulación, la metástasis y muchos otros fenómenos. En 2019, los investigadores publicaron un cruce de una cepa prkdc^-/- y una IL2rga^-/- que producía, descendencia inmunodeficiente, que carece de células asesinas naturales, así como de células B y T. Esta cepa se puede adaptar a agua tibia a 37 °C (99 °F) y la ausencia de un sistema inmunitario hace posible el uso de xenoinjertos derivados de pacientes. En enero de 2013, científicos japoneses modificaron genéticamente un espécimen de pez cebra transparente para producir un brillo visible durante los períodos de intensa actividad cerebral.

En enero de 2007, investigadores chinos de la Universidad de Fudan modificaron genéticamente el pez cebra para detectar la contaminación por estrógenos en lagos y ríos, que está relacionada con la infertilidad masculina. Los investigadores clonaron genes sensibles a los estrógenos y los inyectaron en huevos fértiles de pez cebra. El pez modificado se volvió verde si se colocaba en agua contaminada con estrógenos.

Empalme de ARN

En 2015, investigadores de la Universidad de Brown descubrieron que el 10 % de los genes del pez cebra no necesitan depender de la proteína U2AF2 para iniciar el empalme del ARN. Estos genes tienen los pares de bases de ADN AC y TG como secuencias repetidas en los extremos de cada intrón. En el 3'ss (sitio de empalme 3'), los pares de bases adenina y citosina se alternan y repiten, y en el 5'ss (sitio de empalme 5'), sus complementos timina y guanina se alternan y repita también. Descubrieron que había menos confianza en la proteína U2AF2 que en los humanos, en los que se requiere la proteína para que ocurra el proceso de empalme. El patrón de repetición de pares de bases alrededor de los intrones que altera la estructura secundaria del ARN se encontró en otros teleósteos, pero no en los tetrápodos. Esto indica que un cambio evolutivo en los tetrápodos puede haber llevado a los humanos a depender de la proteína U2AF2 para el empalme de ARN, mientras que estos genes en el pez cebra se someten a empalme independientemente de la presencia de la proteína.

Ortología

D. rerio tiene tres transferrinas, todas las cuales se agrupan estrechamente con otros vertebrados.

Depresión endogámica

Cuando parientes cercanos se aparean, la progenie puede exhibir los efectos perjudiciales de la depresión endogámica. La depresión por consanguinidad está causada predominantemente por la expresión homocigótica de alelos recesivos deletéreos. Para el pez cebra, se podría esperar que la depresión por endogamia sea más severa en ambientes estresantes, incluidos los causados por la contaminación antropogénica. La exposición del pez cebra al estrés ambiental inducido por el químico clotrimazol, un fungicida imidazólico utilizado en la agricultura y en la medicina veterinaria y humana, amplificó los efectos de la consanguinidad en los rasgos reproductivos clave. La viabilidad de los embriones se redujo significativamente en los peces expuestos consanguíneos y hubo una tendencia a que los machos consanguíneos engendraran menos descendencia.

Investigación en acuicultura

El pez cebra es un modelo común para la investigación de la piscicultura, incluidos los patógenos y parásitos que causan pérdidas de rendimiento o se propagan a las poblaciones silvestres adyacentes.

Esta utilidad es menor de lo que podría ser debido a la taxonomía de Danio' distancia de las especies acuícolas más comunes. Porque los más comunes son los salmónidos y el bacalao en el Protacanthopterygii y la lubina, la dorada, tilapia y peces planos, en Percomorpha, los resultados del pez cebra pueden no ser perfectamente aplicables. Varios otros modelos: Goldfish (Carassius auratus), Medaka (Oryzias latipes), Stickleback (Gasterosteus aculeatus), Roach (Rutilus rutilus ), Pez globo (Takifugu rubripes), Cola de espada (Xiphophorus hellerii): normalmente se usan menos, pero estarían más cerca de especies objetivo particulares.

La única excepción son la carpa (incluida la carpa herbívora, Ctenopharyngodon idella) y el sabalote (Chanos chanos), que están bastante cerca, ya que ambos pertenecen a los ciprínidos. Sin embargo, también se debe tener en cuenta que Danio demuestra ser un modelo útil para los mamíferos en muchos casos y existe una distancia genética dramáticamente mayor entre ellos que entre Danio y cualquier pez de piscifactoría..

Neuroquímica

En un mutante deficiente en el receptor de glucocorticoides con un comportamiento exploratorio reducido, la fluoxetina recuperó el comportamiento exploratorio normal. Esto demuestra las relaciones entre los glucocorticoides, la fluoxetina y la exploración en este pez.

Descubrimiento y desarrollo de fármacos

La investigación de la FDA utilizó Zebrafish para mostrar los efectos de la ketamina en el desarrollo neurológico

El pez cebra y la larva del pez cebra son un organismo modelo adecuado para el descubrimiento y desarrollo de fármacos. Como vertebrado con un 70 % de homología genética con los humanos, puede predecir la salud y la enfermedad humanas, mientras que su pequeño tamaño y su rápido desarrollo facilitan los experimentos a una escala mayor y más rápida que con los estudios in vivo más tradicionales, incluido el desarrollo de estudios superiores. rendimiento, herramientas de investigación automatizadas. Como se ha demostrado a través de los programas de investigación en curso, el modelo de pez cebra permite a los investigadores no solo identificar genes que podrían ser la base de enfermedades humanas, sino también desarrollar nuevos agentes terapéuticos en programas de descubrimiento de fármacos. Los embriones de pez cebra han demostrado ser un modelo de ensayo de teratología rápido, rentable y confiable.

Exámenes de drogas

Las pruebas de detección de fármacos en el pez cebra se pueden utilizar para identificar nuevas clases de compuestos con efectos biológicos o para reutilizar fármacos existentes para usos novedosos; un ejemplo de esto último sería una pantalla que encontró que una estatina de uso común (rosuvastatina) puede suprimir el crecimiento del cáncer de próstata. Hasta la fecha, se han realizado 65 cribados de moléculas pequeñas y al menos uno ha dado lugar a ensayos clínicos. Dentro de estas pantallas, quedan muchos desafíos técnicos por resolver, incluidas las diferentes tasas de absorción del fármaco que dan como resultado niveles de exposición interna que no se pueden extrapolar de la concentración de agua y altos niveles de variación natural entre animales individuales.

Toxico- o farmacocinética

Para comprender los efectos de los fármacos, la exposición interna al fármaco es esencial, ya que impulsa el efecto farmacológico. Traducir los resultados experimentales del pez cebra a vertebrados superiores (como los humanos) requiere relaciones concentración-efecto, que pueden derivarse del análisis farmacocinético y farmacodinámico. Sin embargo, debido a su pequeño tamaño, es muy difícil cuantificar la exposición interna al fármaco. Tradicionalmente, se extraerían múltiples muestras de sangre para caracterizar el perfil de concentración del fármaco a lo largo del tiempo, pero esta técnica aún no se ha desarrollado. Hasta la fecha, solo se ha desarrollado un único modelo farmacocinético para el paracetamol en larvas de pez cebra.

Análisis de datos computacionales

Usando métodos inteligentes de análisis de datos, los procesos fisiopatológicos y farmacológicos se pueden comprender y, posteriormente, trasladar a los vertebrados superiores, incluidos los humanos. Un ejemplo es el uso de la farmacología de sistemas, que es la integración de la biología de sistemas y la farmacometría. La biología de sistemas caracteriza (parte de) un organismo mediante una descripción matemática de todos los procesos relevantes. Estos pueden ser, por ejemplo, diferentes vías de transducción de señales que, ante una señal específica, conducen a una determinada respuesta. Al cuantificar estos procesos, se puede comprender y predecir su comportamiento en situaciones de salud y enfermedad. La farmacometría utiliza datos de experimentos preclínicos y ensayos clínicos para caracterizar los procesos farmacológicos que subyacen a la relación entre la dosis del fármaco y su respuesta o resultado clínico. Estos pueden ser, por ejemplo, la absorción o eliminación del fármaco del cuerpo, o su interacción con el objetivo para lograr un efecto determinado. Al cuantificar estos procesos, se puede entender su comportamiento después de diferentes dosis o en diferentes pacientes y predecirlos para nuevas dosis o pacientes. Al integrar estos dos campos, la farmacología de sistemas tiene el potencial de mejorar la comprensión de la interacción del fármaco con el sistema biológico mediante la cuantificación matemática y la posterior predicción de nuevas situaciones, como nuevos fármacos o nuevos organismos o pacientes. Usando estos métodos computacionales, el análisis mencionado anteriormente de la exposición interna de paracetamol en larvas de pez cebra mostró una correlación razonable entre la eliminación de paracetamol en el pez cebra con la de los vertebrados superiores, incluidos los humanos.

Investigación médica

Cáncer

El pez cebra se ha utilizado para crear varios modelos transgénicos de cáncer, incluidos el melanoma, la leucemia, el cáncer de páncreas y el carcinoma hepatocelular. El pez cebra que expresa formas mutadas de los oncogenes BRAF o NRAS desarrolla melanoma cuando se coloca sobre un fondo deficiente en p53. Histológicamente, estos tumores se parecen mucho a la enfermedad humana, son totalmente trasplantables y muestran alteraciones genómicas a gran escala. El modelo de melanoma BRAF se utilizó como plataforma para dos pantallas publicadas en marzo de 2011 en la revista Nature. En un estudio, el modelo se utilizó como herramienta para comprender la importancia funcional de los genes que se sabe que están amplificados y sobreexpresados en el melanoma humano. Un gen, SETDB1, aceleró notablemente la formación de tumores en el sistema del pez cebra, lo que demuestra su importancia como nuevo oncogén del melanoma. Esto fue particularmente significativo porque se sabe que SETDB1 está involucrado en la regulación epigenética que se aprecia cada vez más como central para la biología de las células tumorales.

En otro estudio, se hizo un esfuerzo para atacar terapéuticamente el programa genético presente en la célula de la cresta neural de origen del tumor mediante un enfoque de detección química. Esto reveló que una inhibición de la proteína DHODH (por una pequeña molécula llamada leflunomida) impidió el desarrollo de las células madre de la cresta neural que, en última instancia, dan lugar al melanoma a través de la interferencia con el proceso de elongación transcripcional. Debido a que este enfoque apuntaría a la "identidad" de la célula de melanoma en lugar de una única mutación genética, la leflunomida puede tener utilidad en el tratamiento del melanoma humano.

Enfermedad cardiovascular

En la investigación cardiovascular, el pez cebra se ha utilizado para modelar el infarto de miocardio humano. El corazón del pez cebra se regenera por completo después de aproximadamente 2 meses de lesión sin formación de cicatrices. El pez cebra también se utiliza como modelo para la coagulación de la sangre, el desarrollo de vasos sanguíneos y enfermedades cardíacas y renales congénitas.

Sistema inmunológico

En los programas de investigación sobre la inflamación aguda, un importante proceso subyacente en muchas enfermedades, los investigadores han establecido un modelo de inflamación de pez cebra y su resolución. Este enfoque permite el estudio detallado de los controles genéticos de la inflamación y la posibilidad de identificar nuevos fármacos potenciales.

El pez cebra se ha utilizado ampliamente como organismo modelo para estudiar la inmunidad innata de los vertebrados. El sistema inmunitario innato es capaz de actividad fagocítica entre 28 y 30 h después de la fertilización (hpf), mientras que la inmunidad adaptativa no está funcionalmente madura hasta al menos 4 semanas después de la fertilización.

Enfermedades infecciosas

Como el sistema inmunológico está relativamente conservado entre el pez cebra y los humanos, muchas enfermedades infecciosas humanas se pueden modelar en el pez cebra. Las primeras etapas transparentes de la vida son muy adecuadas para la obtención de imágenes in vivo y la disección genética de las interacciones huésped-patógeno. Ya se han establecido modelos de pez cebra para una amplia gama de patógenos bacterianos, virales y parasitarios; por ejemplo, el modelo de pez cebra para la tuberculosis proporciona información fundamental sobre los mecanismos de patogenia de las micobacterias. Además, se ha desarrollado tecnología robótica para la detección de fármacos antimicrobianos de alto rendimiento utilizando modelos de infección de pez cebra.

Reparación de daños en la retina

El desarrollo de una sola retina de cebrafish capturado en un microscopio de hoja ligera aprox. cada 12 horas de 1,5 días a 3,5 días después del nacimiento del embrión.

Otra característica notable del pez cebra es que posee cuatro tipos de células cónicas, con células sensibles a los rayos ultravioleta que complementan los subtipos de células cónicas rojas, verdes y azules que se encuentran en los humanos. El pez cebra puede así observar un espectro muy amplio de colores. La especie también se estudia para comprender mejor el desarrollo de la retina; en particular, cómo las células cónicas de la retina se organizan en el llamado "mosaico cónico". El pez cebra, además de algunos otros peces teleósteos, se destaca particularmente por tener una disposición de celdas cónicas de extrema precisión.

Este estudio de las características de la retina del pez cebra también se ha extrapolado a la investigación médica. En 2007, investigadores del University College London cultivaron un tipo de célula madre adulta de pez cebra que se encuentra en los ojos de peces y mamíferos y que se convierte en neuronas en la retina. Estos podrían inyectarse en el ojo para tratar enfermedades que dañan las neuronas de la retina, casi todas las enfermedades del ojo, incluida la degeneración macular, el glaucoma y la ceguera relacionada con la diabetes. Los investigadores estudiaron las células gliales de Müller en los ojos de humanos con edades comprendidas entre los 18 meses y los 91 años y pudieron convertirlas en todo tipo de neuronas retinianas. También pudieron cultivarlos fácilmente en el laboratorio. Las células madre migraron con éxito a ratas enfermas & # 39; retinas, y tomó las características de las neuronas circundantes. El equipo declaró que tenían la intención de desarrollar el mismo enfoque en humanos.

Distrofias musculares

Las distrofias musculares (DM) son un grupo heterogéneo de trastornos genéticos que causan debilidad muscular, contracciones anormales y atrofia muscular, lo que a menudo conduce a una muerte prematura. El pez cebra es ampliamente utilizado como organismo modelo para estudiar las distrofias musculares. Por ejemplo, el mutante sapje (sap) es el pez cebra ortólogo de la distrofia muscular de Duchenne humana (DMD). Machuca-Tzili y colaboradores aplicaron el pez cebra para determinar el papel del factor de empalme alternativo, MBNL, en la patogénesis de la distrofia miotónica tipo 1 (DM1). Más recientemente, Todd et al. describió un nuevo modelo de pez cebra diseñado para explorar el impacto de la expresión repetida de CUG durante el desarrollo temprano en la enfermedad DM1. El pez cebra también es un excelente modelo animal para estudiar las distrofias musculares congénitas, incluida la CMD tipo 1 A (CMD 1A), causada por una mutación en el gen de la laminina α2 humana (LAMA2). El pez cebra, debido a sus ventajas discutidas anteriormente, y en particular la capacidad de los embriones de pez cebra para absorber productos químicos, se ha convertido en un modelo de elección en la detección y prueba de nuevos fármacos contra las distrofias musculares.

Fisiología y patología ósea

El pez cebra se ha utilizado como organismo modelo para el metabolismo óseo, la renovación de tejidos y la actividad de reabsorción. Estos procesos son en gran parte conservados evolutivamente. Se han utilizado para estudiar la osteogénesis (formación ósea), evaluar la diferenciación, la actividad de deposición de la matriz y la comunicación cruzada de las células esqueléticas, para crear y aislar mutantes que modelan enfermedades óseas humanas y probar nuevos compuestos químicos para determinar la capacidad de revertir los defectos óseos. Las larvas se pueden utilizar para seguir la formación de osteoblastos nuevos (de novo) durante el desarrollo óseo. Comienzan a mineralizar los elementos óseos tan pronto como 4 días después de la fertilización. Recientemente, el pez cebra adulto se está utilizando para estudiar enfermedades óseas complejas relacionadas con la edad, como la osteoporosis y la osteogénesis imperfecta. Las escamas (elasmoides) del pez cebra funcionan como una capa protectora externa y son pequeñas placas óseas formadas por osteoblastos. Estas estructuras exoesqueléticas están formadas por osteoblastos que depositan matriz ósea y son remodeladas por osteoclastos. Las escamas también actúan como el principal depósito de calcio de los peces. Se pueden cultivar ex-vivo (mantener vivos fuera del organismo) en una placa multipocillo, lo que permite la manipulación con fármacos e incluso la detección de nuevos fármacos que puedan cambiar el metabolismo óseo (entre osteoblastos y osteoclastos).

Diabetes

El desarrollo del páncreas del pez cebra es muy homólogo al de los mamíferos, como los ratones. Los mecanismos de señalización y la forma en que funciona el páncreas son muy similares. El páncreas tiene un compartimiento endocrino, que contiene una variedad de células. Las células PP pancreáticas que producen polipéptidos y las células β que producen insulina son dos ejemplos de esas células. Esta estructura del páncreas, junto con el sistema de homeostasis de la glucosa, son útiles para estudiar enfermedades, como la diabetes, que están relacionadas con el páncreas. Los modelos para la función del páncreas, como la tinción fluorescente de proteínas, son útiles para determinar los procesos de homeostasis de la glucosa y el desarrollo del páncreas. Las pruebas de tolerancia a la glucosa se han desarrollado usando pez cebra y ahora se pueden usar para probar la intolerancia a la glucosa o la diabetes en humanos. La función de la insulina también se está probando en el pez cebra, lo que contribuirá aún más a la medicina humana. La mayor parte del trabajo realizado en torno al conocimiento de la homeostasis de la glucosa proviene del trabajo sobre el pez cebra transferido a los humanos.

Obesidad

El pez cebra se ha utilizado como un sistema modelo para estudiar la obesidad, con investigaciones sobre la obesidad genética y la obesidad inducida por la sobrenutrición. El pez cebra obeso, similar a los mamíferos obesos, muestra una desregulación de las vías metabólicas que controlan los lípidos, lo que conduce al aumento de peso sin un metabolismo normal de los lípidos. También como los mamíferos, el pez cebra almacena el exceso de lípidos en depósitos adiposos viscerales, intramusculares y subcutáneos. Estas razones y otras hacen que el pez cebra sea un buen modelo para estudiar la obesidad en humanos y otras especies. La obesidad genética suele estudiarse en peces cebra transgénicos o mutados con genes obesogénicos. Como ejemplo, el pez cebra transgénico con AgRP sobreexpresado, un antagonista endógeno de la melacortina, mostró un aumento del peso corporal y la deposición adiposa durante el crecimiento. Aunque los genes del pez cebra pueden no ser exactamente los mismos que los genes humanos, estas pruebas podrían proporcionar información importante sobre las posibles causas genéticas y los tratamientos para la obesidad genética humana. Los modelos de pez cebra de obesidad inducida por la dieta son útiles, ya que la dieta se puede modificar desde una edad muy temprana. Las dietas ricas en grasas y las dietas de sobrealimentación en general muestran aumentos rápidos en la deposición adiposa, aumento del IMC, hepatoesteatosis e hipertrigliceridemia. Sin embargo, los especímenes sobrealimentados con grasa normal siguen siendo metabólicamente saludables, mientras que los especímenes con dieta alta en grasas no lo son. Comprender las diferencias entre los tipos de obesidad inducida por la alimentación podría resultar útil en el tratamiento humano de la obesidad y las afecciones de salud relacionadas.

Toxicología ambiental

El pez cebra se ha utilizado como sistema modelo en estudios de toxicología ambiental.

Epilepsia

El pez cebra se ha utilizado como sistema modelo para estudiar la epilepsia. Las convulsiones de mamíferos se pueden recapitular molecular, conductual y electrofisiológicamente, utilizando una fracción de los recursos necesarios para los experimentos en mamíferos.