Un equipo científico consigue crear el mayor «árbol genealógico» a partir de una sola célula

¿Cómo es posible que un solo óvulo fecundado produzca todas las células del cuerpo de un animal? Esta pregunta ha intrigado a la ciencia durante décadas y es fundamental para comprender cómo enfermedades como el cáncer se originan y se propagan en el organismo. Un nuevo estudio publicado en la revista Science, liderado por investigadores del Centro de Biología Sintética de Seattle (Seattle Hub), integrado por el Instituto Allen, UW Medicine y Biohub, nos acerca a la respuesta.

Investigadores lograron construir un árbol de linaje calibrado en el tiempo que muestra cómo una sola célula se convirtió en 1,28 millones, aproximadamente el 10 % de las células de un embrión de ratón de dos semanas. Este es, con diferencia, el árbol de linaje más grande jamás construido para un mamífero .

«Este trabajo nos acerca a comprender una de las preguntas fundamentales de la biología: cómo una sola célula da origen a la extraordinaria complejidad de un organismo vivo», afirmó Garabet Yeretssian, directora de investigación externa y colaboraciones de Biohub, que ha proporcionado financiación continua al Centro de Seattle.

Los científicos utilizaron una tecnología llamada «máquina de escribir de ADN» para reconstruir la mayor parte del linaje celular de un ratón en desarrollo, trazando el camino a través del cual más de 1,28 millones de células individuales surgieron de la primera división celular para formar tejidos y órganos. Su investigación podría aportar información crucial para comprender las malformaciones congénitas e incluso el cáncer.

El sistema DNA Typewriter funciona insertando marcas genéticas secuenciales en el ADN de una célula a medida que se divide. Estas marcas se copian en cada célula hija (una célula que resulta de la división de una célula madre) y se escriben en orden, actuando así como un registro dentro del genoma, que revela cómo se dividió una célula y qué le sucedió durante la división. Los investigadores inyectaron el sistema DNA Typewriter en un óvulo de ratón fertilizado y dejaron que el embrión se desarrollara durante 13,5 días, aproximadamente dos tercios del tiempo de gestación del ratón. Midieron las marcas genéticas en 1,58 millones de núcleos celulares individuales y reconstruyeron el «árbol genealógico» de las células que componen el embrión.

«Nos sorprendió la robustez con la que se produjo el marcaje desde la primera división», declaró Haedong Kim, coautor principal del estudio. «Esto nos proporcionó dos copias naturales e independientes del mismo experimento, dentro de un mismo embrión, lo que nos permitió comprobar cada hallazgo dos veces».

Los investigadores identificaron múltiples marcas únicas escritas por la máquina de escribir de ADN durante la primera división celular, cuando el óvulo fecundado se dividió en dos células. A medida que estas, a su vez, continuaron dividiéndose en más células en dos vías paralelas pero diferentes, los investigadores descubrieron que contribuían con un número diferente de células totales al embrión (aproximadamente un 57 % frente a un 42 %), pero proporcionaban la misma proporción de cada tipo de célula.

«Nuestro éxito al introducir la máquina de ADN en un embrión en desarrollo, junto con el linaje celular resultante, nos acerca a nuestro sueño de mapear exhaustivamente el desarrollo de los mamíferos. Todos los tipos de células tienen su origen en el desarrollo, y estos mapas podrían proporcionar información valiosa sobre los miles de trastornos genéticos que surgen durante este proceso», concluye Jay Shendure, director científico del Centro de Biología Sintética de Seattle y profesor de ciencias genómicas en UW Medicine.