Los científicos usaron CRISPR para almacenar un GIF dentro del ADN de una célula viva

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Eadweard Muybridge fue un pionero tanto del cine primitivo como de la observación científica. Su clip icónico de un caballo al galope se usó para establecer una apuesta sobre si el animal levantaba los cuatro cascos del suelo cuando estaba en movimiento.

Más de 130 años después de ese avance, Muybridge está en el centro de otro, ya que los científicos han codificado con éxito esta película icónica en el ADN de las células vivas. El resultado es el llamado GIF orgánico, y es el primer paso de lo que los investigadores llaman un “registrador molecular”, capaz de existir, observar y capturar información dentro de las células vivas.

“Queremos convertir las células en historiadoras”, explicó el neurocientífico Seth Shipman, genetista de la Escuela de Medicina de Harvard. «Visualizamos un sistema de memoria biológica mucho más pequeño y más versátil que las tecnologías actuales que rastreará de manera no intrusiva muchos eventos a lo largo del tiempo».

Usando tecnología de edición de genes CRISPR, científicos financiados por los Institutos Nacionales de Salud (NIH) se propusieron demostrar que cualquier información secuencial arbitraria, no solo información genética, podría codificarse en un genoma. Primero lo hicieron con una sola imagen, de una mano humana, y con la ayuda de las defensas inmunitarias de una bacteria.mano

(Arriba: a la izquierda, la imagen de una mano humana, que fue codificada en nucleótidos y capturada por el sistema de adaptación CRISPR-Cas en bacterias vivas. A la derecha, la imagen después de varias generaciones de crecimiento bacteriano, recuperada mediante la secuenciación de genomas bacterianos Crédito: Seth Shipman)

Cuando una bacteria es atacada por un virus, sus células producen enzimas para cortar y procesar el código genético del virus. Hace esto para recordárselo al invasor, tomando una parte del código genético del virus y agregándolo a su propio genoma, como si pusiera cabezas en juego. A medida que pasa el tiempo, el genoma de la bacteria crece, se agrega más código genético del virus y se apilan más cabezas en la lanza.

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Shipman y sus colegas hackearon este proceso utilizando el sistema CRISPR. CRISPR-Cas9 es la proteína del sistema inmunológico de la bacteria que corta el código genético del virus, mientras que Cas1 y Cas2 son las proteínas que insertan el ADN viral en el genoma. Básicamente, estas proteínas agregan el ADN en el orden en que se encuentran, lo que significa que los científicos pueden alimentar las hebras sintéticas especialmente diseñadas de ADN de E. coli con información de secuencia, que se puede decodificar y convertir en una imagen o serie de cuadros en un animación. Para más información, lea nuestro explicador completo sobre CRISPR. Caballo_GIF.gif

Si bien la codificación de un cortometraje en ADN es impresionante, los científicos no planean crear algún tipo de aplicación de Netflix a nivel móvil. El clip de Muybridge pretende mostrar el alcance del sistema CRISPR para convertir células vivas en dispositivos de registro, extrayendo información de su entorno y manteniendo un registro secuencial dentro de su genoma. Esto se puede utilizar en todo, desde el modelado de enfermedades hasta el control del nivel de contaminantes en el suelo.

Una aplicación particularmente interesante es la neurología. Shipman se formó como neurólogo y cree que la tecnología podría desempeñar un papel importante en la forma en que los investigadores desentrañan los misterios del cerebro, registrando la actividad cerebral y el desarrollo desde dentro del cerebro. Mientras que las técnicas cinematográficas de Muybridge permitían ver lo que era imperceptible para el ojo humano, las «grabadoras moleculares» también podían darnos una idea de lo que hasta entonces estaba oculto.

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«Queremos usar neuronas para registrar una historia molecular del cerebro durante el desarrollo», dijo Shipman. «Este registrador molecular nos permitirá recopilar datos de todas las células cerebrales a la vez, sin necesidad de obtener acceso, mirar las células directamente o interrumpir el sistema para extraer material genético o proteínas».

Si bien el GIF de Muybridge es la primera vez que se codifica una película en el ADN de células vivas, otros científicos han tratado los circuitos genéticos como archivos ZIP orgánicos. En marzo, un par de investigadores del Centro del Genoma de Nueva York publicaron un informe en la Ciencias revista, que detalla métodos para almacenar archivos comprimidos en moléculas de ADN.

Con la ayuda de un algoritmo para traducir los archivos a un código binario que se puede asignar a las bases de nucleótidos del ADN, los investigadores pudieron codificar un total de seis archivos: un artículo académico de 1948, una placa Pioneer, un sistema operativo, un virus, la película de 1895 Llegada de un tren a la estación de La Ciotat…y una tarjeta de regalo de Amazon de $50.

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