Mientras desarrollaba un nuevo sistema para registrar dentro de las células, el genetista Jay Shendure y su equipo decidieron probarlo utilizándolo para codificar texto. Dado que su invento se basó en un medio de grabación casi nuevo, el ADN, querían usar mensajes que evocaran un sentido de importancia histórica.
Dos opciones eran obvias: “¿Qué ha hecho Dios?”, una cita bíblica utilizada por Samuel Morse en la primera transmisión telegráfica de larga distancia, y la más mundana, “Sr. ¡Watson, ven aquí! hablado por Alexander Graham Bell a su asistente en la primera llamada telefónica.
El becario postdoctoral Junhong Choi necesitaba una frase más para los experimentos. Shendure quería que la tercera cita resumiera la emoción de trabajar en este sistema, al que luego llamaron máquina de escribir de ADN, mientras la pandemia de COVID-19 los rodeaba.
“Quería que Choi usara ‘Fue el mejor de los tiempos, fue el peor de los tiempos’”, dice Shendure, investigador del Instituto Médico Howard Hughes (HHMI) de la Universidad de Washington.
En lugar de la conocida línea de Charles Dickens, Choi, que es coreano, tuvo otra idea: una letra de una canción pop o K-pop coreana. Así que completaron su colección con “Bound forever, DNA”, una letra traducida de una canción del grupo BTS.
Si bien la máquina de escribir del ADN demostró que podía introducir estas frases como mensajes secretos en las células, su potencial más poderoso se encuentra en otra parte. Shendure y sus colegas prevén que los científicos utilicen esta tecnología para documentar el funcionamiento interno de las células a medida que se desarrollan lejos de la vista.
Un medio naturalmente digital
La idea de utilizar el ADN para codificar información se basa en la función natural de la molécula. Así como el software de computadora está escrito en 1 y 0, la molécula de ADN usa un código de cuatro letras para las instrucciones de los seres vivos.
La máquina de escribir de ADN no es la primera de su tipo, sin embargo, tiene una combinación de atributos que la hacen particularmente prometedora para iluminar la biología de las células. Es decir, puede capturar una gran cantidad de eventos mientras los documenta en orden cronológico.
“Hemos logrado algo que es análogo a escribir”, dice Shendure. “Podemos crear miles de símbolos, a los que llamamos códigos de barras, y podemos capturarlos en orden”.
Hasta ahora, los investigadores han adaptado el sistema para acomodar hasta 4.096 códigos de barras, que son piezas cortas de ADN. Al igual que la máquina original que tecleaba letras, la máquina de escribir de ADN establece solo un código de barras a la vez, de izquierda a derecha.
Si bien una cantidad tan grande de símbolos no es necesaria para escribir una novela, se adapta mejor a la inmensa complejidad de la actividad dentro de una celda. Con esta gran capacidad de registro, la máquina de escribir de ADN promete a los científicos una nueva forma de examinar las células vivas, una opción más allá de la opción típica de usar un microscopio o destruir células para analizarlas, dice Shendure.
Una nueva ventana a las celdas
Leonard Zon, investigador del HHMI en el Boston Children’s Hospital y la Escuela de Medicina de Harvard, ve mucho potencial. “Es una tecnología fascinante que podría tener grandes aplicaciones en el futuro”, dice sobre la máquina de escribir DNA.
Por ejemplo, Zon, que no participó en el desarrollo de este sistema, prevé usar una versión del mismo para monitorear la respuesta de un paciente con cáncer mientras recibe dosis sucesivas de quimioterapia durante un período de tratamiento, dice. «Esencialmente, obtendrías un historial de cómo la célula cancerosa respondió a las lesiones infligidas por la quimioterapia».
“Hemos logrado algo que es análogo a escribir. Podemos crear miles de símbolos, a los que llamamos códigos de barras, y podemos capturarlos en orden”.
Jay Shendure, investigador del HHMI en la Universidad de Washington
Del mismo modo, los científicos podrían usarlo para examinar aspectos poco conocidos del desarrollo, como seguir los eventos que ocurren dentro de la capa más interna de células de un embrión temprano a medida que se transforma en el intestino, dice.
¿De máquina de escribir a registrador de vuelo?
En otro experimento, el equipo de Shendure encendió su grabadora en las propias células. Al etiquetar las células en división con códigos de barras, rastrearon las divisiones celulares. Después de 25 días, en los que una célula dio lugar a alrededor de 1,2 millones, los investigadores analizaron los patrones en los códigos de barras de las células para reconstruir su árbol genealógico.
Si bien rastreó la historia de la población de células, este experimento de linaje no capturó los procesos que ocurren dentro de ellas, como el daño o los pasos de desarrollo que menciona Zon. Otra investigación del grupo de Shendure delinea este paso adicional.
En un borrador ahora en el servidor de preimpresión bioRxiv, su equipo describe una estrategia para modificar genéticamente las células de modo que el código genético de una molécula que interesa a los científicos lleve consigo las instrucciones de un código de barras. Cuando la molécula se enciende dentro de una célula, también enciende el código de barras. Entonces la máquina de escribir se pone a trabajar, documentando la actividad de la molécula.
Con algo de ingeniería adicional, Shendure y su equipo esperan convertir la máquina de escribir en un sistema similar a una caja negra. Al aprovechar nuevos eventos biológicos, mejorar la eficiencia del sistema y realizar otras mejoras, quiere construir una herramienta que los científicos puedan usar para recuperar una historia detallada de una célula, al igual que los investigadores que investigan un accidente aéreo.
“Hay mucho potencial aquí, una vez que lo llevemos al siguiente nivel”, dice.
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Citación
Junhong Choi, et al. «Un registrador molecular de múltiples símbolos con resolución de tiempo a través de la edición secuencial del genoma». Naturaleza. 6 de julio de 2022, doi: 10.1038/s41586-022-04922-8
Wei Chen, Junhong Choi, et al. «Registro genómico multiplex de potenciador y actividad de transducción de señales en células de mamíferos». Publicado en bioRxiv.org el 5 de noviembre de 2021.
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