Los científicos clonaron ratones a partir de células de la piel liofilizadas y abrieron la puerta a la bioconservación

En la superficie, Dorami era solo un ratón promedio. Creció hasta alcanzar un peso saludable, tuvo sus propias crías y murió de forma natural cerca de su segundo cumpleaños, aproximadamente a los 70 años de edad humana y nada excepcional para un ratón de laboratorio.

Excepto por una cosa: Dorami fue clonada a partir de células liofilizadas. Y no cualquier célula: fue clonada a partir de células somáticas (las células que forman nuestro cuerpo) en lugar de espermatozoides u óvulos.

Dorami es la última incursión en un impulso de décadas para utilizar la clonación como una forma de preservar la biodiversidad. el triunfo de La oveja Dolly dejó en claro que es posible revivir animales usando células reproductivas. El sueño de restaurar animales extintos, o biobancos de los actuales, ha cautivado la imaginación de los científicos desde entonces. Una forma poderosa de preservar el ADN de una especie es almacenar esperma en nitrógeno líquido. Aproximadamente a -320 grados Fahrenheit, las células se pueden congelar en el tiempo durante años.

Pero hay un contratiempo. Recolectar células reproductivas de animales al borde de la extinción es, por decirlo suavemente, extremadamente difícil. Por el contrario, rascar algunas células de la piel o afeitar un poco de pelo es relativamente simple. Estas células contienen el ADN completo del animal, pero son frágiles.

El nuevo estudio, dirigido por el Dr. Teruhiko Wakayama de la Universidad de Yamanashi en Japón, dio el salto del esperma a la piel. Desarrollando una receta altamente técnica que enorgullecería a cualquier chef de alta cocina, el equipo clonó con éxito 75 ratones sanos a partir de células somáticas liofilizadas recolectadas de donantes masculinos y femeninos. Muchos descendientes, incluida Dorami, tuvieron sus propios cachorros.

Con una tasa de éxito de aproximadamente el cinco por ciento como máximo, y tan solo del 0.2 por ciento, la técnica está lejos de ser eficiente. Pero la estrategia abre un camino hacia el panorama general: nuestra capacidad para almacenar y potencialmente revivir variaciones genéticas de especies casi extintas.

A Dr. Ben Novak, científico principal de Revive & Restore, el estudio es un avance bienvenido a pesar de sus imperfecciones. "Desde el punto de vista de la conservación, innovar nuevas formas de biobanco de tipos de tejidos reproductivamente viables es una gran necesidad... por lo que es realmente emocionante ver este tipo de avance", dijo. dijo.

El libro de cocina de bioconservación

Las células son criaturas meticulosas. Imagine una mancha acuosa con diminutas fábricas moleculares atadas a sus paredes con forma de globo. Congelar una célula sin protección puede hacer que los componentes acuosos formen cristales de hielo afilados, que dañan los componentes internos de la célula y perforan la pared celular. Cuando se vuelve a calentar a temperaturas normales, como un alfiletero con fugas, la célula no tiene ninguna posibilidad de sobrevivir.

Los científicos finalmente descubrieron una receta ganadora para preservar las células: la clave es agregar un anticongelante químico y almacenar las células en tanques de nitrógeno líquido de metales pesados. Las células están suspendidas en diminutos viales dentro de cajas que se deslizan dentro de una jaula de metal con forma de torre. Dependiendo del tipo de célula, se pueden conservar durante años. ¿El problema? La configuración es costosa, difícil de mantener y propensa a fallas de energía. Cualquier interrupción podría causar pérdidas catastróficas en todas las muestras. Para la biodiversidad, no siempre es factible tener una configuración tan sofisticada cerca del animal.

Tiene que haber una forma mejor.

Hace años, Wakayama emprendió una cruzada para ampliar los límites del almacenamiento celular. Se centró en un método específico: la liofilización. Conocido principalmente por mochileros y astronautas como una forma de conservar los nutrientes en los alimentos, las células de secado por congelación resultaron ser relativamente simples. Con el cambio de siglo, Wakayama y su equipo mostró que es posible liofilizar esperma para su reproducción. La receta era tan robusta que mantuvo vivo el esperma durante años a bordo de la Estación Espacial Internacional, mientras eran bombardeados con niveles ambientales de radiación. también condujo a descendencia viva después de ser arrojado a un cajón del escritorio por un año sin climatizador.

Las células somáticas son un asunto diferente. A diferencia de los espermatozoides, las células que componen nuestro cuerpo son mucho más propensas a que las moléculas de agua se adhieran a nuestra estructura de ADN, con un núcleo más frágil. Cuando se congela, significa que las células pueden experimentar mucho más daño, haciéndolas inutilizables para la clonación.

“Hasta la fecha, las únicas células que han producido descendencia después de la liofilización son los espermatozoides [espermatozoides] maduros”, escribió el equipo.

Una nueva receta

El nuevo trabajo buscaba lo imposible: ¿podemos clonar un animal a partir de células somáticas liofilizadas?

En la primera ronda de experimentos, el equipo aisló células de ratones hembra que generalmente sostienen el óvulo. Arrojaron las células en dos productos químicos protectores y liofilizaron las muestras en nitrógeno líquido. No fue bonito: la membrana protectora de todas las células se rompió, con signos de ADN destrozado, pero relativamente intacto.

Siguiendo adelante, el equipo rehidrató la muestra congelada después de hasta ocho meses de almacenamiento. Del polvo sin vida aislaron los núcleos, la estructura similar a una semilla que alberga el ADN, y la trasplantaron a un óvulo al que se le extrajo su material genético. Es como reemplazar el texto de un libro con otro, cambiando completamente su significado biológico.

Se volvió más complicado. Estos óvulos iniciales "editados" no pudieron reproducirse, probablemente debido al ADN y al daño epigenético. Como solución alternativa, el equipo usó las células para formar múltiples líneas de células embrionarias. Estos son trabajadores resistentes, especialmente eficientes para corregir el daño del ADN.

Una vez que prosperaron, el equipo extrajo su material genético y lo inyectó en huevos de ratones con pelaje negro. Los embriones resultantes se dejaron desarrollar en ratones con pelaje blanco: la madre sustituta. Todos los cachorros resultantes adquirieron el pelaje negro brillante de sus donantes de ADN, con pesos y fertilidad perfectamente normales.

"Después de la maduración, seleccionamos al azar nueve ratones clonados hembras y tres machos para aparearse con ratones de laboratorio normales", explicó el equipo. En aproximadamente tres meses, todos los ratones hembra clonados dieron a luz a la siguiente generación, con cuatro patas, bigotes y hábitos de ratón intactos. Repitiendo el experimento con células de la piel de la punta de la cola, el equipo clonó otra docena de ratones.

La receta no salió exactamente como estaba planeado. En un extraño ensayo, el equipo usó células de ratones machos para clonar la siguiente generación, y todas las crías se convirtieron en hembras. Profundizando más, encontraron que de alguna manera el cromosoma Y, que designa a un hombre biológico, se perdió durante el proceso, lo que llevó a una mujer. isla de Temiscira. Para los autores, es una torcedura en el proceso, pero no una explosión para el uso práctico. “Estos resultados sugieren que incluso si se produce la pérdida del cromosoma Y, esta técnica aún puede utilizarse con los recursos genéticos disponibles en circunstancias extremas, como especies casi extintas”, dijeron.

¿Una biblioteca para la conservación?

La técnica está lejos de ser perfecta. Es tedioso, tiene bajas tasas de éxito y aún requiere temperaturas de almacenamiento en el congelador que lo hacen propenso a fallas en la red de energía.

Para la Dra. Alena Pance de la Universidad de Hertfordshire, que no participó en el estudio, la pregunta más importante es cuánto tiempo se puede almacenar el material genético. "Sería primordial mostrar un almacenamiento prolongado e indefinido en estas condiciones para que este sistema proporcione una preservación efectiva a largo plazo de especies y muestras", dijo. dijo.

Los autores coinciden en que hay más misterios. El cuerpo puede tener más dificultades para reparar el daño del ADN en las células somáticas en comparación con los espermatozoides, lo que les quita energía para desarrollar un óvulo en pleno funcionamiento. Sus epigenética—que regula cómo se activan o desactivan los genes— también puede estar estropeado debido a una reprogramación incompleta.

En última instancia, este es solo el primer paso. Las células somáticas son más fáciles de capturar en comparación con las reproductivas, especialmente para animales infértiles o juveniles. Hacerlo más fácil y más barato es una ventaja. El equipo ahora busca capturar material genético de cadáveres o heces para ampliar el alcance.

“El enfoque descrito en este trabajo ofrece una alternativa a los métodos bancarios actuales y, sin duda, permitir temperaturas más permisivas sería una gran ventaja”, dijo Pance.

Crédito de la imagen: Wakayama et. al./Comunicaciones de la naturaleza