Estimad@s Clientes y/o amantes del LEAN:
La capacidad de leer el ARN que está activo en cada momento,
y eso en células aisladas, abre unas posibilidades infinitas……¿Por qué?: Porque
cada secuencia de ARN es diferente para cada gen, lo que quiere decir que la
presencia de un ARN específico está identificando al gen que está activo en ese
momento
Este ha sido calificado por la revista Science como el
descubrimiento del año 2018
Es importante saber qué tipo de moldes ( genes ) tenemos en
nuestro código ADN, pero es mucho más
decisivo saber cuáles de ellos están activos en cada momento, para cada proceso
biológico
Siguiendo con este ejemplo del día a día, en el almacén de
moldes ( ADN ) podríamos ver todos los moldes de que disponemos, lo que indicaría
las figuras que somos capaces de producir, mientras que pasando a fábrica ( ARN
) veríamos realmente los moldes que están siendo utilizados en ese momento en producción
La diferencia, el matiz, como se puede adivinar fácilmente
es decisivo, fundamental….y eso es lo que hace de este descubrimiento algo
sensacional
Ahí va el resumen que ha hecho Science
Development
cell by cell
With a trio
of techniques, scientists are tracking embryo development in stunning detail
Ahí va el resumen hecho por la revista digital que El País
dedica a la ciencia: Materia
El descubrimiento del año permite estudiar seres vivos
célula a célula:
El cerebro de un ratón con los diferentes tipos celulares
destacados. En vídeo, así es la primera base de datos abierta de células vivas
del cerebro humano. ALLEN INSTITUTE
Un conjunto de nuevas tecnologías permite sumergirse en el
cuerpo de seres vivos y explorar todos sus órganos célula a célula. Es una
visión de la vida que hasta hace unos pocos años era imposible. Este conjunto
de técnicas, conocidas como secuenciación de ARN de células individuales,
es el descubrimiento del año, según publicó ayer la prestigiosa revista Science.
Estas técnicas, cuyo uso se ha universalizado desde 2013,
permiten saber qué genes están activos en una célula, conocer su función,
ponerle una etiqueta para seguirla a lo largo de su vida y ver cómo interactúa
con otras células en un plano tridimensional. Así se puede observar cómo un
embrión de unas pocas células da lugar a los diferentes órganos
hasta generar un individuo sano o desvelar los procesos moleculares que
originan el cáncer y otras enfermedades.
Hace unos cinco años estas técnicas permitían secuenciar
como mucho cientos de células a la vez; ahora ya se pueden analizar varios
cientos de miles. Esto permite caracterizar órganos completos e incluso
organismos enteros. Una de las aplicaciones de esta tecnología es encontrar
nuevos tipos de células en el cuerpo humano. Este año se ha descubierto una
nueva clase de células presentes en la zona de contacto entre útero y placenta
que realizan una labor de mediación con el sistema inmune de la madre para que
este reconozca al feto y no lo ataque durante los primeros meses de gestación.
Lo mismo ha sucedido en el cerebro o el sistema respiratorio.
“Si antes pensábamos que había unos 3.000 tipos diferentes
de células en el cuerpo humano, ahora creemos que hay 10 veces más”,
explica Holger Heyn, investigador del Centro Nacional de
Análisis Genómico, en Barcelona, y uno de los coordinadores del proyecto Atlas
Celular Humano. Esta iniciativa, que surgió en 2016 y que involucra a más de
1.000 equipos científicos de 58 países, aportará el primer mapa celular de 10
órganos humanos en 2022. “Estas técnicas nos van a dar un Google Maps del
cuerpo humano completo en el que podremos hacer zoom en cada
órgano y explorarlo célula a célula. Primero tendremos una referencia de un
cuerpo sano y después se irán añadiendo perfiles específicos de
enfermedades", explica.
“Pensábamos que había unos
3.000 tipos de células en el cuerpo humano, ahora creemos que hay 10 veces más”
El equipo de Heyn se centra en el atlas de linfocitos b del
sistema inmune. “Estas células tienen un papel clave en la leucemia linfocítica crónica y, gracias a esta
técnica, podemos saber qué falla en estas células. Por ejemplo, analizaremos
sangre de pacientes que no responden a los tratamientos y la de otros que no
vuelven a tener recaídas después de recibir los fármacos. De esta forma quizás
seamos capaces de predecir cuál es el pronóstico de un determinado paciente y
adaptar los tratamientos, por ejemplo darle uno muy agresivo o no hacerlo”,
explica.
A partir de la elaboración del primer atlas celular humano,
el proyecto europeo LifeTime pretende analizar el origen y progresión del
cáncer y de otras enfermedades a nivel celular. Esta iniciativa también compite
para conseguir una financiación de 1.000 millones de euros de la Comisión
Europea. Este tipo de técnicas se usan en modelos animales y tejidos humanos,
pero no pueden aplicarse por ahora en personas vivas. En cualquier caso, los
expertos resaltan que esto no tiene por qué ser una limitación para posibles
usos médicos. El equipo de Nikolaus Rajewsky, uno de los coordinadores del
proyecto europeo, desarrolla miniórganos humanos creados a partir de células
reprogramadas de pacientes a los que se puede aplicar la secuenciación de
células individuales y ver cómo cambian con diferentes fármacos. “Esta técnica
va a ser determinante durante la próxima década, no solo en ciencia básica sino
también en aplicaciones clínicas”, opina Rajewsky, que es investigador del
Centro de Medicina Molecular Max Delbrück, en Alemania.
En 1970 un estudiante de doctorado llamado Jaume Baguñà
descubrió una nueva especie de gusano en un estanque de Montjuic (Barcelona).
Si se cortaba en diez pedazos, cada uno de ellos se convertía en un nuevo
gusano, algo muy parecido a la inmortalidad. Desde entonces el Schmidtea
mediterranea se ha convertido en uno de los seres vivos más
interesantes para estudiar los genes relacionados con la capacidad de regenerar
tejidos. Este año, el equipo de Rajewsky publicó un atlas celular completo de
uno de estos gusanos. El trabajo conectaba cada tipo de célula adulta con la
célula madre que lo había generado. “Este tipo de estudios pueden ser útiles para
entender mejor la capacidad regenerativa de los seres humanos y conocer qué
genes están involucrados en cada paso”, explica el investigador.
El mismo tipo de tecnología se aplicó para analizar miles de
células del sistema respiratorio de ratones y humanos, lo que permitió
descubrir un nuevo tipo de células, los ionocitos pulmonares. “Estas células
suponen el 0,001% del sistema respiratorio, pero vemos que expresan un gen
fundamental para la fibrosis quística y sin este tipo de tecnología ni siquiera
hubiéramos sabido que existían”, explica Avi Regev, investigadora de la
Universidad de Harvard y coordinadora del proyecto Atlas Celular Humano.
Ahora, una pequeña aclaración sobre la diferencia entre
genoma y transcriptoma ( la parte de ADN que será traducida a proteínas )
Transcriptoma
Los avances en las técnicas de biología molecular e
informática han permitido grandes avances en el estudio del material genético
de los seres vivos. Se utiliza el término genoma para referirse a la totalidad
del ADN de un ser vivo. Lee más sobre qué es el genoma aquí (próximamente) y
sobre el genoma humano en su propio artículo aquí (próximamente).
Cuando se interpretó qué había codificado en el ADN del ser
humano, por ejemplo, se descubrió, en contra de lo que se pensaba, que no todo
el ADN que contiene el genoma se traducirá en proteínas. Una parte de este
genoma es estructural, o redundante, copias mutadas sin función, restos de
virus que se consiguieron infiltrar en el genoma, secuencias repetidas al azar
y sin motivo aparente, etc. en resumidas cuentas se consideró que el genoma
contenía una gran cantidad de ADN basura. Con el tiempo la razón de ser de
parte de este ADN basura se ha conseguido esclarecer, y con ello se ha
demostrado que no todo lo que contiene el genoma es traducible a proteínas.
Para la síntesis de proteínas, primeramente el ADN debe
transcribirse a ARN en el núcleo y luego el ARN será traducido en proteínas en
el citoplasma. El tipo de ARN que se transcribe del ADN y dará lugar a las
proteínas se denomina ARN mensajero (próximamente), pues contiene la
información necesaria para traducir una proteína. Con esto en mente se puede
definir finalmente el transcriptoma como la parte de ADN que será traducida a
proteínas. O bien, concretando en un tipo celular se entiende como el conjunto
de todos los ARN mensajeros que produce una célula de un tejido específico.
Porque si bien es cierto que todas las células tienen la potencialidad de
transcribir cualquier gen a ARN dependerá del tipo celular qué genes son los
que finalmente se transcriben. Por lo que dos células de tejidos diferentes de
un mismo individuo poseerán un transcriptoma diferente, a pesar de contener los
mismos genes.
De manera análoga al transcriptoma se puede estudiar el
proteoma, que sería el conjunto de las proteínas sintetizadas por una línea
celular.
La transcriptómica es la rama de la biología molecular que
estudia el transcriptoma y el método más frecuente de estudio es el chip o
microarray de ADN, con esta técnica se puede estudiar de forma simultánea la
expresión (transcripción) de miles de genes.
Para estudiar el transcriptoma usualmente se extrae el ARN
mensajero de un tejido de interés. Este ARN se transcribe a ADN debido a que el
ADN es más estable que el ARN. Este ADN se denominado cADN, de ADN copia. En
los Chips se utilizan secuencias de ADN conocidas ancladas a un soporte físico.
Si el cADN es capaz de hibridar con la secuencia de ADN conocido ésta produce
un destello puesto que incorpora moléculas luminiscentes. De esta manera,
dependiendo de la abundancia de un ARN determinado en la muestra de partida la
luminiscencia será mayor o menor, dando su abundancia relativa en el tejido a
estudiar.
Finalmente, algo sobre cómo es la técnica subyacente al
descubrimiento, llamada “secuenciación de ARN de células individuales”
WHAT
IS RNA-SEQ?
Long RNAs
are first converted into a library of cDNA fragments through either RNA
fragmentation or DNA fragmentation. Sequencing adaptors (blue) are subsequently
added to each cDNA fragment and a short sequence is obtained from each cDNA
using high-throughput sequencing technology. The resulting sequence reads are
aligned with the reference genome or transcriptome, and classified as three
types: exonic reads, junction reads and poly(A) end-reads. These three types
are used to generate a base-resolution expression profile for each gene. Nat
Rev Genet 10(1):57-63 (2009)
Como siempre, he incluido estas reflexiones en mi blog
“Historias del LEAN”:
Que disfrutéis cada hora del fin de semana
Un cordial saludo
Alvaro Ballesteros
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