Investigadores han desvelado la estructura del matriz extracelular en Volvox carteri, revelando cómo las células colaboran para formar organismos multicelulares complejos y su geometría a través de un proceso de autoensamblaje.
Un grupo de científicos británicos y alemanes ha logrado capturar la primera imagen clara de la arquitectura oculta que da forma a un organismo multicelular simple. Este hallazgo revela cómo las células colaboran para construir formas de vida complejas, según un estudio publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
En esta investigación, se centraron en el *Volvox carteri*, una especie de alga verde frecuentemente utilizada para estudiar la evolución de los organismos multicelulares a partir de ancestros unicelulares. El componente clave analizado fue la matriz extracelular (ECM), un material similar a un andamiaje que rodea las células, proporcionando soporte físico e influyendo en su forma, además de desempeñar un papel crucial en el desarrollo y la señalización celular.
La ECM no solo se encuentra en animales y plantas, sino también en hongos y algas, y es fundamental para entender la transición de la vida unicelular a multicelular. Dado que esta matriz existe fuera de las células que la producen, se cree que se forma mediante un proceso de autoensamblaje, aún no completamente comprendido en los organismos más simples.
Para llevar a cabo su estudio, los investigadores de la Universidad de Bielefeld modificaron genéticamente una cepa de *Volvox* para hacer fluorescente una proteína clave de la ECM llamada feroforina II. Esto permitió observar claramente la estructura de la matriz bajo el microscopio.
Los resultados mostraron una red intrincada similar a una espuma compuesta por compartimentos redondeados que envolvían aproximadamente 2,000 células somáticas del *Volvox*. En colaboración con matemáticos de la Universidad de Cambridge, el equipo utilizó técnicas de aprendizaje automático para cuantificar la geometría de estos compartimentos.
Los datos obtenidos revelaron un patrón de crecimiento estocástico que recuerda al comportamiento del agua cuando se hidrata una espuma. Esta configuración sigue un patrón estadístico que también se observa en materiales como granos y emulsiones, así como en tejidos biológicos. Estos hallazgos sugieren que, aunque las células individuales producen proteínas ECM a ritmos desiguales, el organismo en su conjunto mantiene una forma esférica regular.
La coexistencia entre el comportamiento caótico a nivel celular y la geometría precisa a nivel del organismo plantea interrogantes sobre cómo la vida multicelular logra construir formas confiables a partir de partes poco fiables. El profesor Raymond E. Goldstein, co-líder del estudio desde el Departamento de Matemáticas Aplicadas y Física Teórica de Cambridge, afirmó: “Nuestros resultados proporcionan información cuantitativa relacionada con una pregunta fundamental en biología del desarrollo: ¿cómo hacen las células estructuras externas a sí mismas de manera robusta y precisa?”
Por su parte, el profesor Armin Hallmann, también co-líder del proyecto en Bielefeld, destacó: “Al rastrear una única proteína estructural, obtuvimos información sobre los principios detrás de la autoorganización de la matriz extracelular. Su geometría nos ofrece una lectura significativa sobre cómo se desarrolla el organismo a medida que crece.”
El trabajo fue realizado por investigadores postdoctorales Dr. Benjamin von der Heyde y Dr. Eva Laura von der Heyde junto con Hallmann en Bielefeld, colaborando con Anand Srinivasan, estudiante de doctorado en Cambridge; Dr. Sumit Kumar Birwa; Dr. Steph Höhn; y Goldstein. Este proyecto contó con el apoyo parcial de Wellcome y la John Templeton Foundation.