Un trío de técnicas que en conjunto permiten rastrear el desarrollo de un embrión con un detalle sorprendente y determinar qué genes se activan y desactivan a medida que pasa el tiempo es el avance de 2018 para la revista Science, de la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia (AAAS), publicada el 20 de diciembre.
Diversas publicaciones revelaron cómo se forman los órganos y extremidades de gusanos planos, peces cebra y ranas gracias a los avances que han permitido aislar miles de células intactas de organismos vivos, secuenciar de manera eficiente el material genético mediante el uso de computadoras, así como etiquetar células para reconstruir sus relaciones en el espacio y el tiempo con la tecnología CRISPR.
La secuenciación de ácido ribonucleico (ARN) de célula única o ARN-Seq de célula única es la combinación de técnicas con las que se pueden aislar miles de células individuales y secuenciar el material genético de cada una de ellas a fin de entender qué ARN se está produciendo en cada célula en ese momento. Como las secuencias de ARN son específicas de los genes que las produjeron, los investigadores pueden ver qué genes están activos.
El año pasado, un grupo de investigación usó ARN-seq de célula única para medir la actividad de un gen en 8,000 células extraídas en un momento determinado de embriones de la mosca de la fruta. Casi al mismo tiempo, otro equipo realizó un perfil de la actividad genética de 50,000 células en una etapa larvaria del nematodo Caenorhabditis elegans. Los datos indicaron qué proteínas, llamadas factores de transcripción, guiaban a las células para diferenciarse en tipos especializados, detalla Elizabeth Pennisi, autora del artículo “Desarrollo célula a célula”.
En 2018, de acuerdo con la publicación, otro desarrollo relevante fue realizar estudios más extensos en organismos vertebrados en diferentes puntos de tiempo que revelaban el encendido y apagado de conjuntos de genes. 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.
Algunos animales pueden regenerar extremidades, órganos e incluso el cuerpo entero. Dos grupos estudiaron los patrones de expresión génica de los gusanos planos acuáticos después de haberles cortado pedazos. Descubrieron nuevos tipos de células y trayectorias de desarrollo que surgieron a medida que cada pieza se transformaba en un individuo completo.
Otro equipo rastreó los genes que se activaban y desactivaban en los axolotes, salamandras endémicas de la Ciudad de México, que habían perdido un miembro. Encontraron que algunos tejidos de las extremidades maduras volvieron a un estado embrionario e indiferenciado y luego se sometieron a una reprogramación celular y molecular para construir la nueva extremidad.
“Al diseñar marcadores en las primeras células embrionarias, los investigadores ahora pueden rastrear las células y su progenie en los organismos vivos. Otros equipos han aprovechado la técnica de edición de genes llamada CRISPR para marcar los genomas de células individuales con identificadores únicos de códigos de barras, que luego se transmiten a todos sus descendientes. CRISPR puede crear nuevas mutaciones en las células de la progenie mientras conserva las mutaciones originales, lo que permite a los científicos rastrear cómo los linajes se ramifican para formar nuevos tipos de células”.
Aunque esas tecnologías no se pueden usar directamente en el desarrollo de embriones humanos, ya se han dado pasos. Un consorcio internacional llamado Atlas de células humanas trabajó durante 2 años en identificar cada tipo de célula humana, dónde se encuentra cada tipo en el cuerpo y cómo las células trabajan juntas para formar tejidos y órganos. En otro proyecto se han identificado los tipos de células renales, incluidos los que tienden a volverse cancerosos.
Una iniciativa ha revelado la interacción entre las células maternas y fetales que permiten que el embarazo continúe. Una colaboración de 53 instituciones y 60 empresas en toda Europa, llamada Consorcio LifeTime, propone aprovechar el RNA-seq de célula única 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. Por todo esto, es que la revista de ciencia considera que la revolución unicelular apenas comienza.
Runners-Up o subcampeones de la ciencia
Los editores y reporteros de Science eligieron, además, nueve temas en la sección Runners-Up como subcampeones del avance del año. El primero de los artículos es “Mensajeros de una galaxia lejana”, trata sobre IceCube, un detector masivo de neutrinos que se encuentra a un kilómetro abajo del hielo en el Polo Sur, sumándose a los llamados ‘multimensajeros de la astrofísica; los textos que le siguen son:
“Estructuras moleculares simplificadas” es un artículo el que se describe una nueva forma de determinar las estructuras moleculares de pequeños compuestos orgánicos mediante haces de electrones. “Impacto de la Edad de Hielo”, en Groenlandia se encontró un cráter de 31 kilómetros de ancho llamado Hiawatha que pudo haber impactado en la Tierra hace 100,000 años, modificando el clima global.
“#MeToo hace la diferencia” sobre el acoso sexual en la ciencia. En junio, las Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniería y Medicina de Estados Unidos publicaron un informe histórico sobre el acoso sexual a mujeres en la academia, la ingeniería y la medicina. “Un ‘híbrido’ humano arcaico” relata la historia de un fragmento de hueso de una mujer que vivió hace 50,000 años. Su ADN reveló ser mitad denisovana, mitad neanderthal, dos grupos extintos de humanos arcaicos.
Así como “La genealogía forense ya es mayor de edad”, utilizando bases de datos públicos de ADN, la policía ha podido resolver delitos como violaciones. “Aprobando el silenciamiento genético con drogas”, un medicamento basado en un mecanismo de silenciamiento de genes llamado ácido ribonucleico de interferencia ganó la aprobación regulatoria este año. Con esto, podría ser el inicio de una nueva clase de medicamentos dirigidos a los genes causantes de enfermedades.
Los artículos que cierran el listado de los avances científicos destacados en 2018: “Ventanas moleculares hacia mundos primitivos”, este año, científicos detectaron rastros moleculares de criaturas que vivieron hace más de 500 millones de años cuando aparecieron los primeros seres vivos en la Tierra. Y “Cómo las células ordenan sus contenidos”, en el que se aborda la tarea de los bioquímicos por entender cómo miles de proteínas y moléculas trabajan ordenadamente al interior de una célula para descomponer nutrientes, liberar energía y reciclar residuos.