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En la década de 1960, Sydney Brenner fue pionera en el uso de Caenorhabditis elegans, específicamente la cepa N2 aislada de Bristol, Reino Unido, para estudiar la neurobiología y el desarrollo animal1. Desde entonces, los descubrimientos seminales con esta cepa de referencia de laboratorio han sido fundamentales para desentrañar la regulación de procesos fundamentales como la muerte celular programada2, la organogénesis 3,4,5, el envejecimiento 6,7, la regulación génica por ARN no codificantes 8,9,10,11, la descripción de conectomas neuronales sexualmente dimórficos completos 12, y muchos otros fenómenos en biología molecular, celular y del desarrollo. Complementado por varios estudios "ómicos" con resolución unicelular13,14, N2 es posiblemente el metazoo descrito de manera más completa. La riqueza de conocimientos adquiridos al estudiar el N2 durante las últimas seis décadas ha proporcionado un trampolín para explorar la diversificación evolutiva de la maquinaria que modula el desarrollo en isotipos silvestres genéticamente distintos de C. elegans, así como en otras especies de nematodos. Hasta la fecha, se han aislado más de 500 isotipos de C. elegans, cada uno con un haplotipo único, de todo el mundo15. Este avance ha facilitado enormemente la identificación de los factores genéticos responsables de la variación en los rasgos cuantitativos16, incluidos los alelos derivados del laboratorio en muchos genes que modifican una variedad de rasgos de comportamiento y desarrollo en N2 (por ejemplo, referencias 17,18,19,20). Por lo tanto, el estudio de los gusanos silvestres puede proporcionar información importante sobre cómo los animales reaccionan a su entorno de manera que influyen en el desarrollo, la fisiología y los comportamientos y también iluminan las trayectorias evolutivas de los animales. Muchas especies del género Caenorhabditis parecen prácticamente indistinguibles morfológicamente de C. elegans21,22, lo que proporciona una plataforma sólida para estudiar el mecanismo molecular de la deriva del sistema de desarrollo23,24; sin embargo, es interesante notar que la morfología de C. elegans, que habita en material vegetal en descomposición, difiere sustancialmente de su hermano más cercano conocido, C. inopinata, que se encuentra solo en los higos, probablemente como resultado de la adaptación del nicho25. Los estudios comparativos intra e interespecies profundizarán nuestra comprensión de la historia evolutiva de estos animales. Con el objetivo de promover el uso del rico recurso natural que ofrecen los nematodos para sondear preguntas importantes en el desarrollo evolutivo y la biología del comportamiento, esta colección de artículos proporciona técnicas útiles para aislar, cultivar y estudiar especies de gusanos silvestres y nematodos fuera de la especie C. elegans.
En esta colección de métodos, Tintori et al.26 y Crombie et al.27 proporcionan enfoques complementarios para aislar nematodos silvestres. Tintori et al. describen un método simple y rentable para aislar nematodos en el campo utilizando el embudo de Baermann. Este enfoque permite a los investigadores, de manera imparcial, recolectar casi toda la población de nematodos de los sustratos (por ejemplo, frutas, flores y tallos podridos). Por el contrario, Crombie et al. presentan un método que enriquece especies de Caenorhabditis autofecundantes como C. elegans, C. briggsae y C. tropicalis. Además, proporcionan instrucciones detalladas sobre el uso de la aplicación Fulcrum y el software R para rastrear y organizar eficazmente las muestras de nematodos, así como los datos ecológicos correspondientes. El estudio de los nematodos en su contexto natural proporcionará información importante sobre su ecología, que da forma a los rasgos complejos de estas especies.
Los nematodos exhiben variaciones intra e interespecies en comportamientos que facilitan la adaptación al nicho, proporcionando un excelente paradigma para estudiar la base genética de la plasticidad conductual y la neurodivergencia 28,29,30. Ackley et al.31 describen un ensayo robusto para estudiar la gravitaxis, que puede servir como mecanismo de dispersión, en larvas de dauer de diferentes especies de Caenorhabditis. Como el comportamiento gravitáctico puede estar influenciado por otras entradas sensoriales32, Ackley et al.31 proporcionan una forma simple y rentable de proteger a los animales de la luz y los campos electromagnéticos, evitando así la interferencia conocida de estas influencias ambientales en el comportamiento gravitáctico. Este ensayo será útil para estudiar el mecanismo molecular de la integración sensorial y la evolución de las estrategias de dispersión en nematodos.
El desarrollo de técnicas de secuenciación de ARN unicelular en la última década ha revolucionado los análisis transcriptómicos, lo que permite a los investigadores estudiar la heterogeneidad celular en organismos multicelulares en alta resolución. En C. elegans, el aislamiento de diferentes tipos de células se basa en la expresión de marcadores fluorescentes específicos de tejido y FACS33, que limitan su aplicación a otras especies de nematodos para las que no se dispone de herramientas transgénicas. Woronik et al.34 implementan con éxito la microdisección láser para aislar tejidos de gusanos en ausencia de marcadores celulares. Aíslan las puntas de la cola de los machos y hermafroditas de C. elegans y realizan RNA-seq usando CEL-Seq2 para investigar el mecanismo de morfogénesis de la cola; Sin embargo, vale la pena señalar que el método descrito se puede adoptar fácilmente para otros tipos de tejidos en diferentes especies de nematodos, lo que permite análisis comparativos del transcriptoma en un contexto específico de tejido.
C. elegans y muchos nematodos parásitos contienen estructuras similares. Además, muchos de los principales sistemas de señalización y vías de desarrollo se conservan entre las especies35,36. El nematodo del tallo y el bulbo, Ditylenchus dipsaci, es un nematodo parásito de las plantas que afecta a más de 500 especies de plantas en todo el mundo y que causa una pérdida devastadora de cultivos alimentarios. Cammalleri et al.37 describen un método eficaz para propagar una gran población de D. dipsaci en plantas de guisantes. Los autores también proporcionan un protocolo detallado para identificar candidatos de moléculas pequeñas que pueden servir como nematócidas al afectar la movilidad de los gusanos. La facilidad de cultivo en laboratorio, junto con la secuencia genómica recientemente disponible38, hacen de D. dipsaci un modelo útil para estudios comparativos con C. elegan, lo que permite descubrir aspectos novedosos de su biología y desarrollar estrategias efectivas para el biocontrol.
Por último, Heryanto et al.39 proporcionan un método para propagar Heterorhabditis bacteriophora y Steinernema carpocapsae, que son gusanos entomofatogénicos que infectan insectos y exhiben asociación mutualista con las bacterias en sus intestinos. Heryanto et al. también demuestran métodos para ARNi en H. bacteriophora mediante la microinyección de dsRNA en la gónada. Un estudio anterior mostró que los embriones de Steinernema se desarrollan lentamente y que la transición de la madre a la cigótica ocurre antes durante la embriogénesis en Steinernema que en la especie40 de Caenorhabditis. Otros estudios comparativos que utilizan las herramientas genéticas descritas por Heryanto et al. 39 prometen revelar la base de la diversificación evolutiva de los programas de desarrollo en estas especies lejanamente relacionadas, así como nuevos conocimientos sobre la evolución del parasitismo.
Los artículos de esta colección de métodos proporcionan muestras de los poderosos sistemas que ofrecen los nematodos para futuros estudios comparativos y mecanicistas. Es de gran interés comprender cómo los diversos procesos biológicos se sintonizan durante la evolución para manifestar las "formas infinitas más bellas y maravillosas" de Charles Darwin.