Conocer la vida íntima de las células: El descubrimiento de 2018 según Science

>, Novedades>Conocer la vida íntima de las células: El descubrimiento de 2018 según Science

Un embrión de pez cebra en una etapa temprana de desarrollo. Los marcadores fluorescentes resaltan las células que expresan genes que ayudan a determinar el tipo de célula en que se convertirán. (JEFFREY FARRELL, SCHIER LAB / HARVARD UNIVERSITY)

¿Cómo hace una única célula para dar lugar a millones que luego forman órganos o todo un ser vivo? La ciencia ha recorrido un largo camino para intentar responder esa pregunta, pero la revista Science consideró que 2018 es el año en que los científicos se acercaron aún más a responderla, de la mano de nuevas tecnologías que permiten observar la vida íntima de cada célula individualmente.

“Igual que una partitura musical indica cuándo los instrumentos de cuerda, de viento y de percusión intervienen para crear una sinfonía, una combinación de nuevas tecnologías revela cuándo los genes de cada célula se activan para indicarles que desempeñen su papel especializado. El resultado es la capacidad de rastrear el desarrollo de organismos y de órganos con asombroso detalle, célula por célula”.

Así explicó la revista Science a qué se debe que “el descubrimiento de 2018” haya recaído en una conjunción de tres de técnicas que se conoce como single-cell RNA-sequencing (secuenciación de ARN de una única célula) y que ha hecho posible observar qué genes se encienden y se apagan dentro de cada célula en cada momento para desencadenar procesos o fenómenos.

Si bien estas tecnologías ya comenzaron a desarrollarse hace unos cinco años, en 2018, detalla Science, se publicaron varios artículos científicos que revelan cómo un gusano, un pez, una rana y otros organismos comienzan a formar órganos y apéndices.

También explica que hay varios grupos de investigadores en el mundo que están aplicando las técnicas para estudiar cómo maduran las células humanas a lo largo de la vida, cómo se regeneran los tejidos y cómo cambian las células al surgir una enfermedad.

Para ello, la secuenciación de ácido ribonucleico (ARN) de una única célula es clave, pues permite analizar el material genético que participa en la síntesis de proteínas y realiza la función de mensajero de la información contenida en el ADN.

“La capacidad de aislar miles de células individuales y de secuenciar el material genético de cada uno les da a los investigadores una (foto) instantánea de qué ARN se está produciendo en cada célula en ese momento. Y como las secuencias de ARN son específicas de los genes que las produjeron, los investigadores pueden ver qué genes están activos. Esos genes activos definen lo que hace una célula”, describe el artículo de Science.

Regeneración y función específica

Usando diferentes métodos computacionales, los investigadores han vinculado las lecturas de secuencias de ARN de células individuales tomadas en diferentes momentos a lo largo de su desarrollo para revelar el encendido y apagado de un conjunto de genes que definen el tipo de células que se formarán.

Por ejemplo, un estudio descubrió cómo un huevo de pez cebra fertilizado da lugar a 25 tipos de células; otro controló el desarrollo de ranas a través de las primeras etapas de la formación de órganos y determinó que algunas células comienzan a especializarse antes de lo que se pensaba.

“Las técnicas han respondido preguntas fundamentales con respecto a la embriología”, dijo a Science el especialista en biología de células madre de la Universidad de Harvard, Leonard Zon.

Por su parte, los investigadores enfocados en cómo hacen algunos animales para volver a desarrollar extremidades o cuerpos enteros también han recurrido a la secuenciación de ARN de una sola célula.

Por ejemplo, Science relata que dos grupos estudiaron los patrones de la expresión genética en gusanos planos acuáticos llamados planarias, conocidos por sus propiedades regeneradoras excepcionales. Los científicos cortaron los gusanos en trozos, analizaron cómo reaccionó cada uno y descubrieron nuevos tipos de células y trayectorias de desarrollo que surgieron a medida que cada pieza se transformaba en un individuo completo.

Otro grupo rastreó los genes que se activaban y desactivaban en los axolotes, un tipo de salamandra, que habían perdido un miembro y halló que algunos tejidos de las extremidades maduras volvieron a un estado embrionario e indiferenciado y luego se reprogramaron celular y molecularmente para dar lugar a una nueva extremidad.

Asimismo, otro aspecto que Science destaca de este año ha sido la aplicación de estas técnicas en células de organismos vivos (y no es células extraídas) para observar qué sucede cuando interactúan con sus vecinas o para identificar a sus descendientes.

Para ello se usaron marcadores en las primeras células embrionarias, con el fin de averiguar qué ocurre en tejidos en desarrollo en los que aparecen enfermedades o malformaciones.

Es como una caja negra, donde puedes ver qué salió mal y no solo mirar la foto del final”, afirmó a Science Jonathan Weissman, experto en células madre de la Universidad de California en San Francisco (EEUU). “Podemos hacer preguntas a una resolución que antes no era posible”, agregó.

¿En humanos?

Si bien esas tecnologías aún no pueden usarse directamente en el desarrollo de embriones humanos, ya se están aplicando a los tejidos y pequeños órganos artificiales.

Un consorcio internacional llamado Atlas de Células Humanas se ha embarcado en la tarea de identificar cada tipo de célula humana, dónde se encuentra cada tipo en el cuerpo, y cómo trabajan juntas para formar tejidos y órganos.

En ese sentido, un proyecto ha identificado la mayoría, si no todos, los tipos de células renales, incluidas las que tienden a volverse cancerosos, describe Science.

“Otro esfuerzo ha revelado la interacción entre las células maternas y fetales que permite que el embarazo continúe. Y una colaboración de 53 instituciones y 60 empresas en toda Europa, llamada el consorcio LifeTime, propone aprovechar el RNA-seq de una sola célula en un esfuerzo múltiple para comprender qué sucede célula por célula a medida que los tejidos avanzan hacia el cáncer, la diabetes y otras enfermedades”, informa.

Para el futuro —y uno no tan lejano—, los investigadores esperan combinar el RNA-seq de una sola célula con nuevas técnicas de microscopía para ver en qué lugar de cada célula tiene lugar su actividad molecular distintiva y cómo las células vecinas afectan esa actividad.

Pero eso será seguramente un descubrimiento para otro año.

Aquí podés ver un video (en inglés) divulgado por Science: