Nuevo atlas anatómico en 3D de la rana africana con garras revela los secretos del desarrollo y la metamorfosis.

Nuevo atlas anatómico 3D de la rana africana de uñas aumenta la comprensión de los procesos de desarrollo y metamorfosis

La vida útil de Xenopus laevis se presenta con un detalle sin precedentes utilizando imágenes de microtomografía de rayos X de alta calidad y reconstrucciones en 3D para revelar el desarrollo embrionario y los procesos de metamorfosis.

Un atlas anatómico 3D del organismo modelo Xenopus laevis (la rana africana de uñas) 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 los investigadores, educadores científicos e incluso entusiastas de la impresión en 3D, estos datos se han convertido en archivos digitales integrables libremente disponibles para la visualización en 3D con Sketchfab y como archivos de impresión en 3D disponibles en Thingiverse. Este trabajo junto con todos los datos disponibles se ha publicado en la revista de ciencia abierta GigaScience.

La rana africana de uñas (Xenopus laevis) se ha convertido en un organismo modelo vertebrado bien entendido 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 experimentos actuales utilizando tecnología de secuenciación del genoma de alta calidad, esta rana fácil de criar es particularmente adecuada para estudiar la reorganización del plan corporal durante los grandes cambios que ocurren cuando el renacuajo se transforma en una rana madura: 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), científico principal del estudio de GigaScience, explica que “existe una notable brecha en la disponibilidad de conjuntos de datos integrales que abarcan las etapas de desarrollo tardío del Xenopus“. detalladas

Para llenar este vacío, el equipo de investigadores ahora proporciona estos datos faltantes. Los autores utilizaron la microtomografía de rayos X, una técnica de imagen 3D, para crear un atlas anatómico para describir con mayor precisión las múltiples etapas del desarrollo de X. laevis. Utilizando un 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 desde renacuajo, hasta renacuajo, hasta adulto maduro.

Un ejemplo sorprendente de los cambios de forma que se pueden rastrear 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 desplazamiento. Con el desarrollo avanzado, la distancia entre los ojos disminuye progresivamente. “Esta adaptación se alinea bien con la estrategia de vida de la rana, pasando de un renacuajo acuático 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 se somete a una remodelación significativa durante la metamorfosis. Durante un período de 8 días, el intestino se acorta alrededor del 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 producido los investigadores. Otros hechos anatómicos que se muestran en alta resolución espacial y temporal por el nuevo atlas en 3D son ver las diferencias entre ranas macho y hembra (las hembras terminan siendo más grandes en general) y la posición muy sutil de los dientes del X. laevis, que están ocultos detrás del arco maxilar.

“Nuestro estudio proporciona todos los datos de microtomografía de rayos X abiertamente, permitiendo que otros investigadores investiguen tanto los tejidos blandos como los duros con un detalle sin precedentes en este modelo vertebrado clave”, enfatiza el Dr. Harnos.

Para permitir a los científicos, educadores y la comunidad de impresión en 3D un fácil acceso a modelos imprimibles, se encuentra disponible una colección de 40 modelos en 3D renderizados en superficie del atlas anatómico de Xenopus laevis en la plataforma de diseño Thingiverse. También se pueden descargar modelos digitales integrables desde el sitio web de Sketchfab y se pueden ver en el documento.

Un video que demuestra muchas de las características anatómicas que ahora se han revelado en 3 dimensiones está disponible en
 

Lectura adicional:

Laznovsky J; Kavkova M; Reis A; Robovska-Havelkova P; Maia LA; Krivanek J; Zikmund T; Kaiser J; Buchtova M; Harnos J (2024). Revelando la dinámica del desarrollo vertebrado en la rana Xenopus laevis utilizando imágenes de micro-TC. GigaScience giae037

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Scott Edmunds

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Experto:

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