Ciento cincuenta años después de que la tabla periódica de Dmitri Mendeleev clasificara los núcleos atómicos, biólogos han creado un nuevo sistema de clasificación para los núcleos celulares, y han demostrado cómo pueden transmutarse de un tipo a otro, según publican en la revista ‘Science’.
Hace 150 años, Dimitri Mendeleev creó la tabla periódica, un sistema para clasificar los átomos en función de las propiedades de sus núcleos. Esta semana, un equipo de biólogos que estudia el árbol de la vida ha desvelado un nuevo sistema de clasificación de los núcleos celulares y ha descubierto un método para transmutar un tipo de núcleo celular en otro.
El estudio es el resultado de varios esfuerzos que en su día fueron independientes. Uno de ellos se centró en el Zoológico de ADN, un consorcio internacional que abarca decenas de instituciones, entre las que se encuentran el Baylor College of Medicine y el Centro de Física Biológica Teórica (CTBP) de la Universidad de Rice, en Estados Unidos, y la Universidad de Australia Occidental y SeaWorld, que cuenta con el apoyo de la National Science Foundation.
Los científicos del equipo del zoo de ADN habían trabajado juntos para clasificar cómo los cromosomas, que pueden tener varios metros de longitud, se pliegan para encajar en el interior de los núcleos de diferentes especies de todo el árbol de la vida.
«Tanto si mirábamos a los gusanos como a los erizos, a las ascidias o a los corales, seguíamos viendo los mismos patrones de plegado», explica la doctora Olga Dudchenko, cofundadora del nuevo estudio y miembro del Centro de Arquitectura del Genoma de Baylor y del CTBP.
Finalmente, el equipo se dio cuenta de que sólo estaba viendo variantes en dos diseños nucleares generales. «En algunas especies, los cromosomas están organizados como las páginas de un periódico impreso, con los márgenes exteriores en un lado y el centro doblado en el otro –explica Dudchenko, que también es codirectora del Zoo de ADN–. Y en otras especies, cada cromosoma está arrugado en una pequeña bola».
«Así que teníamos un rompecabezas –recuerda Erez Lieberman Aiden, profesor asociado de genética molecular y humana y becario emérito McNair en Baylor, codirector del Zoológico de ADN y autor principal del nuevo estudio–. Los datos implicaban que, a lo largo de la evolución, las especies pueden pasar de un tipo a otro. Nos preguntamos: ¿Cuál es el mecanismo de control? ¿Podría ser posible cambiar un tipo de núcleo por otro en el laboratorio?». Aiden también es director del Centro de Arquitectura del Genoma e investigador principal del CTBP.
Mientras tanto, un equipo independiente de los Países Bajos había descubierto algo inesperado. «Estaba haciendo experimentos con una proteína llamada condensina II, de la que sabíamos que desempeña un papel en la forma en que se dividen las células –señala Claire Hoencamp, coprimera autora del estudio y miembro del laboratorio del doctor Benjamin Rowland en el Instituto del Cáncer de los Países Bajos–. Pero observamos lo más extraño: cuando mutamos la proteína en células humanas, los cromosomas se reordenaban totalmente. Era desconcertante».
Los dos equipos se encontraron en una conferencia en las montañas austriacas, donde Rowland presentó los últimos trabajos de su laboratorio. Pronto se dieron cuenta de que Hoencamp había dado con la forma de convertir las células humanas de un tipo nuclear a otro.
«Cuando miramos los genomas que se estudian en el Zoo de ADN, descubrimos que la evolución ya había hecho nuestro experimento muchas, muchas veces. Cuando las mutaciones en una especie rompen la condensina II, suelen dar la vuelta a toda la arquitectura del núcleo –destaca Rowland, autor principal del estudio–. Siempre es un poco decepcionante que se nos adelante un experimento, pero la evolución llevaba mucha ventaja».
El equipo decidió trabajar conjuntamente para confirmar el papel de la condensina II. Pero entonces se produjo la pandemia de COVID-19 y gran parte del mundo se paralizó.
«Sin acceso a nuestros laboratorios, sólo nos quedaba una forma de establecer lo que hacía la condensina II –reconoce Hoencamp–. Necesitábamos crear un programa informático que pudiera simular los efectos de la condensina II en la cadena de cientos de millones de letras genéticas que componen cada cromosoma humano».
El equipo recurrió al doctor José Onuchic, titular de la Cátedra de Física Harry C. y Olga K. Wiess de Rice. «Nuestras simulaciones demostraron que, destruyendo la condensina II, se podía hacer que un núcleo humano se reorganizara para parecerse a un núcleo de mosca», explica Onuchic, codirector del CTBP, que incluye colaboradores de Rice, Baylor, Northeastern University y otras instituciones de Houston y Boston.
Las simulaciones fueron realizadas por un equipo del laboratorio de Onuchic en el CTBP, dirigido por la doctora Sumitabha Brahmachari, becaria postdoctoral y coautora, que trabaja con el doctor Vinicius Contessoto, antiguo postdoctorado en el CTBP, y el doctor Michele Di Pierro, investigador principal del CTBP y actual profesor adjunto de la Universidad Northeastern.
«Empezamos con un estudio increíblemente amplio de 2.000 millones de años de evolución nuclear –explica Brahmachari–. Y descubrimos que muchas cosas se reducen a un mecanismo simple, que podemos simular así como recapitular, por nuestra cuenta, en un tubo de ensayo. Es un paso emocionante en el camino hacia un nuevo tipo de ingeniería del genoma en 3D», destaca.
