CIENCIA. Un nuevo estudio desvela cómo se forman las huellas dactilares

  No hay dos iguales: los patrones en una huella dactilar surgen de ola tras ola de crestas que comienzan en varios puntos, se extienden una...

 

No hay dos iguales: los patrones en una huella dactilar surgen de ola tras ola de crestas que comienzan en varios puntos, se extienden una hacia la otra y luego chocan. Fuente: Tek Image/Science Photo Library 

Los patrones intrincados se crean durante el desarrollo fetal cuando se forman finas crestas en la piel y chocan entre sí.

14 febrero 2023.- Los verticilos, arcos y bucles que hacen que las huellas dactilares sean únicas se producen durante el desarrollo fetal por ondas de pequeñas crestas que se forman en la punta del dedo, se extienden y luego chocan entre sí, similar al proceso que le da a una cebra sus rayas o a un guepardo sus manchas.

En un estudio 1 publicado el 9 de febrero en Cell , los investigadores encontraron que la interacción entre dos proteínas, una que estimula la formación de crestas y otra que la inhibe, produce ondas periódicas de crestas que emergen de tres regiones distintas en la yema del dedo.

Las ubicaciones precisas de estas regiones y las colisiones entre las ondas producen el patrón único de una huella dactilar. Para crear estos diferentes patrones de arcos, bucles y verticilos, la clave no son solo los ingredientes molecularesEs cómo se despliegan en la anatomía de la mano.

Marcas de identificación

Se cree que las huellas dactilares brindan mayor agarre y sensibilidad a las yemas de los dedos, y sus patrones se han utilizado durante mucho tiempo para identificar a las personas y diagnosticar algunas afecciones del desarrollo. El año pasado, los científicos publicaron un trabajo 2 que describe los genes que influyen en los patrones de huellas dactilares, muchos de los cuales están involucrados en el desarrollo de las extremidades. 

Estos genes parecían sentar las bases para la formación de huellas dactilares, pero muchos de ellos estaban inactivos durante el proceso, lo que sugiere que no estaban directamente involucrados en la formación de crestas.

Para obtener más información sobre los patrones de huellas dactilares, los autores del nuevo estudio rastrearon cómo surgen las huellas dactilares a lo largo del desarrollo fetal. Los estudios anatómicos y los análisis de la actividad de los genes mostraron que las células que forman las crestas de las huellas dactilares siguieron un camino de desarrollo que inicialmente imitaba el de un folículo piloso. Pero, a diferencia del patrón de actividad genética de un folículo, las células de la cresta no lograron incorporar células más profundas debajo de la superficie de la piel.

Los análisis respaldaron la presencia de un 'sistema de difusión de reacción de Turing', que se puede crear cuando una molécula que activa un proceso de desarrollo se estimula tanto a sí misma como a una molécula inhibidora. El resultado es un sistema autoorganizado que crea patrones periódicos.

Las matemáticas de los patrones

Dichos sistemas fueron propuestos 3 por el matemático Alan Turing en 1952 como una explicación química de los procesos de desarrollo, como la disposición de las hojas en una planta o los tentáculos en los pequeños organismos acuáticos llamados hidras. Desde entonces, los mecanismos de reacción-difusión de Turing se han descrito como fundamentales para establecer una amplia variedad de vistas biológicas familiares, incluidas las escamas de colores brillantes de algunos peces tropicales y los patrones de plumas en las aves.

Para encontrar las moléculas que dirigen el patrón de las yemas de los dedos, el equipo investigador estudió las crestas de los dedos de los ratones y las células humanas cultivadas en cultivos 3D. Descubrieron que una proteína llamada WNT, que es importante en el desarrollo del folículo piloso, estimula la formación de crestas. Otra molécula, llamada BMP, las inhibe, formando el sistema de reacción-difusión de Turing.

Cómo se modelan las impresiones: las crestas de las yemas de los dedos se originan en tres zonas distintas e interactúan para crear un patrón único.

Fuente: Ref. 1.

Las crestas emanan de tres regiones: la punta del dedo; el centro de la yema del dedo; y el pliegue en la base de la yema del dedo, donde se dobla el dedo. 

En simulaciones, los autores del estudio alteraron el tiempo, el ángulo y la ubicación precisa de los orígenes de las ondas en estos tres sitios y crearon arcos, bucles y verticilos. Estas ondas chocarán, y al hacerlo, generan una turbulencia que ayuda a crear la diversidad de patrones de huellas dactilares.

Los hallazgos son un avance significativo en nuestra comprensión de los patrones de huellas dactilares. Estudios anteriores de las crestas de la piel, como las huellas dactilares, han tendido a centrarse más en enfoques teóricos y de modelado que en datos experimentales. Pero el último estudio aprovecha los avances en las técnicas de cultivo de células y otros métodos para impulsar este campo.

Referencias

  1. 1. Glover, J. D. et al. Cell https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.01.015 (2023). Artículo 

  2. 2. Li, J. et al. Cell 185, 95–112 (2022). Artículo  

  3. 3. Turing, A. M. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B 237, 37–72 (1952). Artículo 

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