MADRID 4 Ene. (EUROPA PRESS) -
Cuando las células realizan sus funciones cotidianas, activan una serie de genes y vías celulares. Los ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Estados Unidos, han conseguido ahora que las células inscriban la historia de estos acontecimientos en una larga cadena de proteínas que puede observarse con un microscopio óptico, según publican en la revista 'Nature Biotechnology'.
Las células programadas para producir estas cadenas añaden continuamente bloques de construcción que codifican acontecimientos celulares concretos. Posteriormente, las cadenas proteínicas ordenadas pueden marcarse con moléculas fluorescentes y leerse al microscopio, lo que permite a los investigadores reconstruir la cronología de los acontecimientos.
Esta técnica podría arrojar luz sobre los pasos que subyacen a procesos como la formación de la memoria, la respuesta al tratamiento farmacológico y la expresión génica.
"Hay muchos cambios que se producen a escala orgánica o corporal, en el transcurso de horas o semanas, que no pueden seguirse a lo largo del tiempo", afirma Edward Boyden, catedrático de Neurotecnología, profesor de Ingeniería Biológica y Ciencias Cognitivas y del Cerebro en el MIT, investigador del Instituto Médico Howard Hughes y miembro del Instituto McGovern de Investigación Cerebral y del Instituto Koch de Investigación Integral del Cáncer del MIT.
Según los investigadores, si la técnica pudiera extenderse a periodos de tiempo más largos, también podría utilizarse para estudiar procesos como el envejecimiento y la progresión de enfermedades.
Los sistemas biológicos, como los órganos, contienen muchos tipos distintos de células, todas ellas con funciones específicas. Una forma de estudiar estas funciones es obtener imágenes de las proteínas, el ARN u otras moléculas del interior de las células, que proporcionan pistas sobre lo que éstas están haciendo. Sin embargo, la mayoría de los métodos sólo ofrecen una visión de un único momento en el tiempo o no funcionan bien con poblaciones celulares muy grandes.
"Los sistemas biológicos suelen estar compuestos por un gran número de tipos diferentes de células. Por ejemplo, el cerebro humano tiene 86.000 millones de células --explica Changyang Linghu, antiguo becario postdoctoral del Instituto McGovern, actual profesor adjunto de la Universidad de Michigan y autor principal del trabajo--. Para comprender ese tipo de sistemas biológicos, necesitamos observar los acontecimientos fisiológicos a lo largo del tiempo en esas grandes poblaciones celulares".
Para lograrlo, al equipo de investigación se le ocurrió la idea de registrar los acontecimientos celulares como una serie de subunidades proteicas que se añaden continuamente a una cadena. Para crear sus cadenas, los investigadores utilizaron subunidades proteínicas manipuladas, que normalmente no se encuentran en las células vivas, y que pueden autoensamblarse formando largos filamentos.
Diseñaron un sistema codificado genéticamente en el que una de estas subunidades se produce continuamente en el interior de las células, mientras que la otra sólo se genera cuando se produce un evento específico. Cada subunidad contiene además un péptido muy corto llamado epítopo, en este caso los investigadores eligieron los epítopos HA y V5. Cada una de estas etiquetas puede unirse a un anticuerpo fluorescente diferente, lo que facilita su visualización posterior y la determinación de la secuencia de las subunidades proteicas.
Para este estudio, supeditaron la producción de la subunidad V5 a la activación de un gen llamado c-fos, implicado en la codificación de nuevas memorias. Las subunidades marcadas con HA constituyen la mayor parte de la cadena, pero siempre que la etiqueta V5 aparece en la cadena, significa que c-fos se activó durante ese tiempo.
"Esperamos utilizar este tipo de autoensamblaje de proteínas para registrar la actividad de cada célula --afirma Linghu--. No es sólo una instantánea en el tiempo, sino que también registra la historia pasada, al igual que los anillos de los árboles pueden almacenar permanentemente información a lo largo del tiempo a medida que crece la madera".
En este estudio, los investigadores utilizaron primero su sistema para registrar la activación de c-fos en neuronas que crecían en una placa de laboratorio. El gen c-fos se activó mediante la activación inducida químicamente de las neuronas, lo que provocó la adición de la subunidad V5 a la cadena de proteínas.
Para explorar si este método podría funcionar en el cerebro de los animales, los investigadores programaron células cerebrales de ratones para generar cadenas de proteínas que revelarían cuándo los animales estaban expuestos a un fármaco concreto. Posteriormente, los investigadores pudieron detectar esa exposición conservando el tejido y analizándolo con un microscopio óptico.
Diseñaron un sistema codificado genéticamente en el que una de estas subunidades se produce continuamente en el interior de las células, mientras que la otra sólo se genera cuando se produce un evento específico.
También esperan ampliar el periodo de grabación que pueden alcanzar. En este estudio, registraron eventos durante varios días antes de obtener imágenes del tejido. Existe un equilibrio entre la cantidad de tiempo que se puede registrar y la resolución temporal, o frecuencia de registro de eventos, porque la longitud de la cadena de proteínas está limitada por el tamaño de la célula.
"La cantidad total de información que podría almacenar es fija, pero en principio podríamos ralentizar o aumentar la velocidad de crecimiento de la cadena --explica Linghu--. Si queremos grabar durante más tiempo, podríamos ralentizar la síntesis para que alcance el tamaño de la célula en, digamos, dos semanas. Así podríamos grabar durante más tiempo, pero con menos resolución temporal".
Los investigadores también están trabajando en la ingeniería del sistema para que pueda registrar múltiples tipos de eventos en la misma cadena, aumentando el número de subunidades diferentes que pueden incorporarse.
