Al igual que con las rayas de las cebras o las manchas de los leopardos, los patrones de Turing explican cómo se forman los patrones distintivos de las huellas dactilares humanas, según un estudio.
Cómo se forman las únicas matrices de remolinos, arcos y bucles en las puntas de nuestros dedos es un enigma científico de larga data. Ahora, un artículo publicado el 9 de febrero en la revista Cell ha resuelto el misterio, revelando no solo el proceso por el cual se forman las huellas dactilares, sino también los genes responsables. Y resulta que nuestras huellas distintivas se originan en el mismo fenómeno que les da a las cebras sus rayas y a los leopardos sus manchas.
Durante varios años, los biólogos del desarrollo de la Universidad de Edimburgo, Denis Headon, James Glover y sus colegas, habían estado investigando cómo se desarrolla y madura la piel, con un interés especial en las huellas dactilares. Las huellas dactilares se forman antes del nacimiento y pueden haber evolucionado porque mejoran nuestra capacidad para agarrar o sentir la textura de los objetos. Aun así, los científicos han estado desconcertados durante mucho tiempo cuando se trata de los mecanismos reales por los cuales se desarrollan estos patrones distintivos. Comprender este proceso podría ayudar a mejorar las terapias para afecciones congénitas humanas como las displasias ectodérmicas, dice Headon, o incluso llevar a mejores formas de regenerar la piel.
Anteriormente se había sugerido que las huellas dactilares podrían surgir a partir de algún tipo de plantilla preexistente, de la forma en que las células de la piel de los dedos se comunican, o incluso del simple arrugamiento de la piel. Para descubrir cuál, si alguno, de estas ideas es correcta, Headon y su equipo utilizaron una variedad de métodos, incluyendo examinar tejidos de ratones y humanos bajo un microscopio, examinar la expresión génica de células individuales mediante secuenciación de ARN de núcleo único, cultivar grupos de células en placas de cultivo y modelado por ordenador.
“Una cosa que me llamó la atención fue la amplitud de los diferentes enfoques que utilizan en el artículo”, dice Jeff Rasmussen, biólogo del desarrollo en la Universidad de Washington que no estuvo involucrado en el trabajo, a The Scientist. “Todos esos diferentes tipos de metodología realmente les ayudan a construir una historia cohesiva”.
Esa historia comienza en la capa externa del tejido corporal, llamada epitelio. El equipo de Headon descubrió en última instancia que las huellas dactilares comienzan pareciéndose mucho a los folículos pilosos: ambos comienzan como pequeños discos de células en el epitelio, y en ambos casos, las células activan genes para una serie de proteínas, incluidas EDAR y WNT, que están respectivamente relacionadas con la migración, diferenciación y maduración de células epiteliales y células en general. Sin embargo, los folículos pilosos reclutan células de capas por debajo del epitelio, formando un tubo profundo donde eventualmente crecerá el cabello. Pequeñas diferencias en la expresión génica evitan que este paso de reclutamiento ocurra en las huellas dactilares.
Hoy en día, sabemos que los patrones de Turing son responsables de cosas como las rayas de las cebras y las manchas de los leopardos, tal vez incluso de la disposición de los dedos en nuestras manos. Fenómenos análogos en física incluso pueden explicar patrones como las rayas en las dunas de arena. En su artículo, Headon y sus colegas observaron el fenómeno en las yemas de los dedos de ratones con mutaciones en el gen EDAR, cuando las crestas rayadas de sus huellas dactilares se convirtieron en bultos manchados, algo difícil de explicar con cualquier cosa que no sea un patrón de Turing, según el autor del estudio James Glover.
El patrón parece comenzar originalmente en tres áreas en los humanos: cerca de la uña, hacia el centro de la punta del dedo y cerca del pliegue de la primera articulación. A medida que el patrón de Turing madura, las crestas de las huellas digitales se extienden como una serie de ondas desde estos sitios de iniciación, y finalmente se encuentran en el centro y forman el patrón de huella digital único con el que nacemos.
“Es la forma en que este sistema de patrones se enciende en diferentes ubicaciones y se orienta en diferentes ubicaciones… eso es lo que determina el tipo de huella digital”, dice Headon.
Algunos de los colegas del equipo, Benjamin Walker, Adam Townsend y Andrew Krause, crearon un simulador en línea llamado VisualPDE donde las personas pueden experimentar con patrones de Turing y sitios de iniciación. La simulación de VisualPDE no es única para huellas dactilares, pero puede ilustrar cómo pequeños cambios pueden crear patrones únicos.
Rasmussen dice que estaría interesado en ver si los científicos podrían reprogramar el proceso, creando folículos pilosos o huellas donde no las había antes. Esa es la esperanza, dice Headon: que en algún momento en el futuro, este trabajo pueda llevar a terapias para condiciones congénitas o regeneración médica.
Pero también hay valor en aprender más sobre las muchas formas en que los patrones de Turing aparecen y conectan la vida en la Tierra, y las formas sutiles en que pueden llevar a una amplia variedad de formas, dice Glover. “A partir de esto, se puede obtener una comprensión más amplia de cómo se forman los patrones en la biología”, explica. “Estos sistemas varían entre órganos y especies. Por lo tanto, analizar los diferentes mecanismos, diferentes sistemas será muy útil en el futuro”.
Fuente: The Scientist
