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Pez Cebra, un animal modelo para la biomedicina y la acuicultura

Después del ratón, el pez cebra (Danio rerio) se ha convertido en uno de los animales modelo de investigación más interesantes tanto para el estudio de enfermedades humanas como para mejorar en acuicultura

El pez cebra (Danio rerio) es un conocido ciprínido de agua dulce ampliamente utilizado como animal modelo de investigación. Desde hace más de tres décadas está presente en importantes laboratorios de todo el mundo.

Su pequeño tamaño (3 a 4 cm) y que son relativamente fáciles de cuidar, son algunas de las características que lo han convertido en pieza imprescindible en muchos de los principales laboratorios del mundo.

En entrevista concedida a misPeces, Christian Lawrence, subdirector de operaciones de investigación en el Hospital de Niños de Bostón, y uno de los científicos que más han escrito sobre esta especie y su domesticación, la describe como uno de los animales modelo de investigación que más han contribuido a grandes avances biomédicos, a pesar de que todavía hay muchos aspectos de su biología y acuicultura por conocer.

Aunque se ha avanzado en los últimos años, aún queda mucho por descubrir de esta especie

El pez cebra tiene unas grandes aptitudes como animal de laboratorio, señala Lawrence, ya que es muy prolífico. Una hembra de la especie cuando está madura sexualmente puede producir cientos de embriones cada semana. A los pocos días de nacer ya se puede alimentar de presas vivas. Además, son en gran parte del tiempo de su desarrollo, transparentes, lo que permite el estudio de sus órganos y funcionalidades de una forma visual y no invasiva.

Por otra parte, lo que lo hace un animal asombroso es su capacidad de regenerar las aletas, el corazón, la médula espinal, la retina o el hígado. Y lo que es quizá lo mejor de todo, presenta muchas similitudes genéticas con los humanos, “lo que ofrece a los científicos oportunidades de estudio y la realización de experimentos que no son posibles o factibles en otros animales modelo”.

Para Lawrence, el desconocimiento de algunos aspectos de la biología del pez cebra se debe a los inicios de la investigación con este pez, en la década de los setenta, cuando se comenzó a utilizar como animal modelo en genética en la Universidad de Oregón. Según explica el experto, la atención se puso en su desarrollo temprano y la comprensión de los aspectos genéticos de la formación de embriones, sin que fuera tan importante su cría, gestión o bienestar. Sin embargo, con el tiempo esto cambió y, a medida que la especie comenzó a abrirse a nuevos campos de la investigación, se hizo más necesario un nivel de conocimiento mayor. Al mismo tiempo, la supervisión legislativa también se centró más en mejorar aspectos relacionados con el manejo de la especie. “En los últimos cuatro o cinco años, hemos estado trabajando para desarrollar la comprensión científica de estos factores, pero aún queda mucho por conocer”.

La vista y el olfato son determinantes para la alimentación por lo que es necesario que los peces cuenten con una iluminación adecuada

Hospital del Niño de Bostón | C. Lawrence

Aunque el pez cebra es fácil de mantener y cultivar en el laboratorio, y eso es lo que lo ha convertido en “un organismo modelo tan exitoso”, es importante recordar que se cultiva con fines de investigación y, por tanto, “el nivel de control sobre las condiciones ambientales estándar tiene que ser la mayor posible”. Cada uno de los factores que influyen en su cultivo, como la nutrición, la calidad del agua, o los patógenos, tienen el potencial de influir en los resultados científicos. Por lo tanto, señala Lawrence, “deben controlarse y definirse en mucha mayor medida que en otras especies de acuicultura”.

Por otro lado, recuerda el investigador, “un pez no es un ratón” ya que todavía hay muchas cosas que no se controlan y que pueden comprometer la reproducibilidad de la ciencia. Por eso, hasta que no se mejoren esas partes de la “infraestructura” que hagan que la investigación del pez cebra sea tan conveniente, accesible y bien controlada y definida como lo es para ratones y ratas, “debemos tener cuidado de no hacer generalidades entre ambos animales modelo (peces y ratones)”.

El pez cebra es una especie muy interesante con la que trabajar, ya que sirve de “puente” entre dos campos: la acuicultura y la biomedicina

Lo más básico que se necesita saber para un buen manejo zootécnico

Christian LawrenceChristian Lawrence es autor de una muy interesante revisión científica en la que hace un repaso completo sobre la cría del pez cebra, The husbandry of zebrafish, Danio rerio: A review, publicada en la revista Aquaculture, en la que describe cómo deben ser las condiciones óptimas en el laboratorio.

Como describe en su artículo, aunque el pez cebra tolera diferentes niveles de temperatura, las ideales son 28,5ºC.

Es interesante también conocer el desarrollo embrionario. A partir del 5 día después de la eclosión, el pez comienza con la alimentación exógena, principalmente alimento vivo, que puede estar compuesta de Paramecium, rotífero y Artemia, siendo esta última, la que mejores resultados suele dar. Aunque está bastante controlada la nutrición en esta fase, todavía representa un campo de estudio interesante, sobre todo, en la metamorfosis de larva a juvenil, la cual ocurre aproximadamente a la tercera semana desde la fecundación.

Por otro lado, son animales que se guían por la vista y el olfato para la alimentación, por lo que es necesario que los peces cuenten con una iluminación adecuada.

Otra cuestión a tener en cuenta es que el pez cebra es un animal de pequeño tamaño, sin un verdadero estómago, por lo que debe ser alimentado con frecuencia y con pequeñas cantidades de gránulo y alimento de manera que se maximice la absorción de los nutrientes. Sobre este aspecto también incide en que faltan estudios que aporten evidencia científica para ilustrar la mejor forma de combinar los criterios óptimos, por lo que hay que hacer uso de la experiencia empírica.

En lo que respecta al hacinamiento, está comprobado que, a partir de 40 peces por litro estos comienzan a manifestar evidentes signos de estrés, lo que afecta a la reproducción, entre otros síntomas. De ahí que la recomendación es de trabajar siempre con densidades por debajo de este límite.

Al respecto de la reproducción, un aspecto importante a tener en cuenta, es interesante señalar que se trata de un pez asíncrono, lo que permite una organización por lotes para, de esta manera, poder contar con peces durante todo el tiempo. En la reproducción, el olfato es un órgano importante, y las hembras, siempre que puedan trataran de no emparentarse con machos que formen parte de su familia. De todas formas, y llegado el caso, y si no hay otra opción, la hembra terminará emparentándose con un pariente cercano.

El pez cebra un animal modelo para la acuicultura y para la investigación en humanos

Ya para finalizar, Christian Lawrence considera que el pez cebra es una especie altamente importante e interesante con la que trabajar, ya que sirve de “puente” entre dos campos: la acuicultura y la biomedicina. Las lecciones aprendidas mediante el uso del pez cebra en un sector tienen el potencial de acelerar el conocimiento en el otro.

Por ejemplo, muchas de las herramientas y tecnologías moleculares que desarrollamos en el pez cebra para modelar la salud y las enfermedades humanas se pueden aprovechar para mejorar nuestra comprensión de esto mismo en las especies de acuicultura comercial. Al mismo tiempo, la creciente sofisticación de los sistemas de cultivo y las técnicas desarrolladas en la acuicultura comercial se puede aplicar al pez cebra para que sean aún más eficaces y ampliamente útiles en biomedicina.

“Hay muchos ejemplos de esta conversación cruzada, pero creo que hay un gran potencial para más, y esto es muy emocionante para mí”.

Parámetros estándar para la cría en laboratorio del pez cebra

Temperatura. A pesar de ser un pez que tolera amplios rangos de temperatura que van desde los 6,7ºC a 41,7ºC, su óptimo de cría en laboratorio son 28,5ºC. Puede mantenerse en condiciones aceptables entre los 24 ºC a 30 ºC. A partir de esos rangos de temperatura los peces comienzan a utilizar la mayor parte de la energía para la supervivencia y aspectos relacionados con la reproducción o el crecimiento quedan en un segundo margen.

pH y dureza del agua. No existen estudios que hayan analizado cuál es el rango de pH adecuado en condiciones de laboratorio para su mayor bienestar. Está ampliamente aceptado que entre un pH 7 y 8 el pez se desarrolla de forma óptima. Y se sabe que tolera condiciones que van desde un pH 6 a 9,5. En condiciones de laboratorio el pH se suele regular con la adición de bicarbonato de sodio, por lo que se recomienda mantener atención a la adición concomitante de sales de calcio y magnesio, ya que una deficiencia de ésta dará como resultado problemas de osificación y coagulación de la sangre, entre otras. También, ya sea en el agua o en la dieta es importante mantener niveles adecuados de hierro y selenio para una función biológica correcta.

Como muchos peces de agua dulce, estos se mantienen en buenas condiciones con concentraciones de carbonato cálcico (CaCO3) de 75 a 200 mg/L.

Salinidad. A pesar de ser una especie dulceacuícola tolera ciertos rangos de salinidad y, aunque el ideal está en 0,25 ppt, se puede esperar que hasta 0,75 ppt no se vea afectada negativamente su fisiología.

Oxígeno disuelto. Como se trata de una especie tropical de pequeño tamaño, la demanda de oxígeno suele ser más alta que en otras especies más grandes y de otras latitudes. Otro aspecto que se deben tener en cuenta es que en laboratorio los peces están sometidos a densidades altas y mayores niveles de alimentación. Lo recomendable en estos casos, y teniendo en cuenta que los peces van a estar mantenidos a una temperatura de 28 ºC es que los niveles de oxígeno estén en torno a los 7,8 mg/L.

Desechos nitrogenados. Niveles de amoniaco (NH3) por encima de 0,02 ppm son tóxicos para la gran mayoría de los peces. Los nitritos como producto intermedio de la oxidación de este son tóxico a partir de 1ppm, aunque en las larvas de pez cebra hay estudios que evidencias hasta rangos de tolerancia que llegan a las 2 ppm. Finalmente, los nitratos no son generalmente tóxicos para los peces. No obstante, faltan estudios que evidencien los niveles de tolerancia de esta especie al amoniaco, nitritos y nitratos.

Referencia bibliográfica

Christian Lawrence. The husbandry of zebrafish (Danio rerio): A review. Aquaculture. Volume 269, Issues 1–4, 2007, Pages 1-20. ISSN 0044-8486. https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2007.04.077

Foto 1. Peces cebra. "Zebrafish (Danio rerio)" by tohru.murakami is licensed under CC BY-NC 2.0 

Foto 2. Laboratorio pez cebra Hospital del Niño de Bostón. C. Lawrence

Foto 3. Christian Lawrence

Foto 4. "Zebrafish" by Oregon State University is licensed under CC BY-SA 2.0