Las bacterias también se montan su propia película: así se convierte un sistema de defensa en cámara de vídeo

Corría el año 1993 cuando el investigador Francisco Mojica, de la Universidad de Alicante, comenzó a darse cuenta de un suceso bastante curioso. Resulta que en el genoma del organismo que estaba estudiando, Haloferax mediterraneii (habitante de las salinas de la costa de Santa Pola; Alicante) existían unas secuencias repetidas bastante características cuya función era totalmente desconocida. Tras más de una década de estudio y horas de incansables discusiones con otros integrantes de su laboratorio, el enigma al fin se resolvió: se trataba de un sistema de defensa. Las estructuras repetidas de estos sistemas son el origen de su peculiar nombre: sistemas CRISPR (de las siglas en inglés: Repeticiones Cortas Palindrómicas Agrupadas y Regularmente Interespaciadas).

Tal y como se demostró posteriormente, estos sistemas de defensa permiten a los microorganismos que los poseen defenderse del ataque de agentes invasores a través de la captación de pequeños fragmentos de su material genético. A modo de recuerdo, los microorganismos almacenarían en su genoma dichas porciones de ADN, quedando “vacunados” frente a nuevos ataques. Con dicha memoria adquirida, el microorganismo podría eliminar al agente infeccioso en caso de futuras invasiones, haciendo uso de unas “tijeras moleculares” guiadas por ese pequeño fragmento, que solo cortarían una secuencia idéntica a la que previamente se almacenó.

La auténtica revolución llegaría años después, en 2012, cuando estas “tijeras” fueron por primera vez empleadas como herramienta de edición genética para cortar y editar genes a la carta. De forma imperceptible para la sociedad, estábamos asistiendo al nacimiento de lo que algunos califican como el “descubrimiento científico más importante del siglo XXI”. La trascendencia de esta tecnología está alcanzando tal magnitud que, tan solo siete años después, ya se aplica de forma rutinaria en miles de laboratorios de todo el mundo. Y lo más importante, se está utilizando en diversas áreas, como en medicina, para tratar o curar enfermedades genéticas (incluso enfermedades raras) y en agricultura para producir trigo sin gluten apto para celíacos, variedades con resistencia a sequías o con mayor rendimiento.

Sin embargo, el uso de la tecnología CRISPR no se restringe únicamente a la edición génica, y a día de hoy es la base de nuevas tecnologías hasta hace poco impredecibles. Sin ir más lejos, un equipo de la Universidad de Harvard (EE.UU.) fue capaz de codificar por primera vez en la historia un GIF en el material genético de bacterias vivas, abriendo las puertas al almacenamiento de información digital en seres vivos. En este caso, hicieron uso de la capacidad de estos sistemas para almacenar fragmentos de ADN en los que habían codificado los píxeles del GIF. Por otro lado, un equipo de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich (ETH-Zürich) fue capaz de grabar los eventos que ocurren en el interior de las bacterias utilizando una técnica muy parecida. Pero, ¿cómo un sistema de defensa puede terminar convirtiéndose en una cámara de video?

Para entenderlo, primero es necesario comprender cómo se transmite la información en las células. Los datos para el funcionamiento de los seres vivos se almacenan en el ADN, el disco duro de la célula. Antes de ser leídas por la maquinaria celular, estas instrucciones han de codificarse en un lenguaje que puedan entender. Este es el papel del ARN, el mensajero que actúa como intermediario entre el ADN y los ribosomas, que son finalmente la fábrica donde se generan las proteínas, las unidades básicas encargadas de las funciones vitales. No obstante, la información en las células no siempre sigue este camino. En ocasiones, puede viajar en el sentido inverso, gracias a una proteína conocida como reverso transcriptasa que es capaz de convertir el ARN en ADN.

A cada momento, dependiendo de sus necesidades, la célula activa unas funciones celulares u otras, y los mensajes (ARN) enviados a los ribosomas varían a cada instante en función de las condiciones a las que se enfrenta. Por ejemplo, cuando los niveles de azúcar en sangre son muy altos, las células del páncreas envían de forma masiva instrucciones para fabricar insulina, una de las proteínas encargadas de regular dichos niveles. Así pues, podríamos “ver” las necesidades de una célula si somos capaces de medir su ARN. Hasta ahora, sólo podíamos “fotografiarlo” en un momento preciso, gracias a una técnica conocida como RNA-seq. Pero, ¿y si quisiéramos grabarlo como si fuera un vídeo?

Como ha ocurrido en muchas otras ocasiones, la investigación básica nos ha dado la clave para poder hacerlo. De forma natural, algunos sistemas CRISPR se asocian a una Reverso Transcriptasa, lo que les permite grabar en el ADN fragmentos que provienen de ARN. De este modo, el ARN (y por tanto la información que está transmitiendo la célula a cada momento) queda registrado en el disco duro bacteriano. De forma innovadora, los investigadores de Zúrich fueron capaces de reconstruir una “película” a partir de los “fotogramas” de los eventos almacenados en el ADN de las bacterias

En el grupo “Ecología Genética de la Rizosfera” de la Estación Experimental del Zaidín estamos estudiando estas “cámaras cinematográficas” (nuevos objetivos zoom, mayor resolución…) para tratar de comprender su funcionamiento y descubrir nuevas aplicaciones que puedan ser de utilidad en el futuro. Con nuestra investigación, nos gusta imaginar que desarrollamos las “cámaras” para grabar un “biofilm”, enseñando a las bacterias a montarse su propia película.