Cambiar la cantidad de cromosomas que tiene un animal puede demorar millones de generaciones en la naturaleza a lo largo de la evolución, y ahora, los científicos han podido realizar estos mismos cambios en ratones de laboratorio en un abrir y cerrar de ojos.
La nueva técnica que utiliza células madre y edición de genes es un logro importante, y el equipo espera que revele más sobre cómo la reorganización de los cromosomas puede influir en la forma en que los animales evolucionan con el tiempo.
Es en los cromosomas, esas cadenas de proteína y ADN dentro de las células, donde encontramos nuestros genes, heredados de nuestros padres y combinados para hacernos quienes somos.
Para los mamíferos como los ratones y nosotros, los humanos, los cromosomas normalmente vienen emparejados. Hay excepciones, como en las células sexuales.
Las células madre embrionarias no fertilizadas suelen ser el mejor punto de partida para modificar el ADN. Sin embargo, la falta de ese conjunto adicional de cromosomas proporcionado por un espermatozoide priva a las células de un paso importante en la negociación de qué genes en qué cromosomas se marcarán como activos para hacer el trabajo de construir un cuerpo.
Este proceso, llamado impronta, fue un obstáculo para los ingenieros deseosos de reestructurar grandes porciones del genoma.
“La impronta genómica se pierde con frecuencia, lo que significa que la información sobre qué genes deberían estar activos desaparece en las células madre embrionarias haploides, lo que limita su pluripotencia y la ingeniería genética”. dice
“Recientemente descubrimos que al eliminar tres regiones impresas, podríamos establecer un patrón de impresión estable similar al de los espermatozoides en las células”.
Sin esas tres regiones impresas naturalmente, era posible una fusión cromosómica duradera. En sus experimentos, los investigadores fusionaron dos cromosomas de tamaño mediano (4 y 5) y los dos cromosomas más grandes (1 y 2) en dos orientaciones diferentes, lo que resultó en tres arreglos diferentes.
La fusión de los cromosomas 4 y 5 fue la más exitosa en términos de transmisión del código genético a la descendencia de los ratones, aunque la reproducción fue más lenta de lo normal.
Una de las fusiones 1 y 2 no produjo descendencia de ratones, mientras que la otra produjo descendencia de ratones que eran más lentos, más grandes y más ansiosos que los de la fusión de los cromosomas 4 y 5.
Según los investigadores, las caídas en la fertilidad se deben a cómo los cromosomas se separan después de la alineación, lo que no sucede de la manera normal. Muestra que el reordenamiento cromosómico es crucial para aislamiento reproductivo – una parte clave para que las especies puedan evolucionar y mantenerse separadas.
“El ratón doméstico de laboratorio ha mantenido un cariotipo estándar de 40 cromosomas, o la imagen completa de los cromosomas de un organismo, después de más de 100 años de reproducción artificial”. dice biólogo Zhi-Kun Li, también de la Academia China de Ciencias.
“Sin embargo, en escalas de tiempo más largas, los cambios en el cariotipo causados por reordenamientos cromosómicos son comunes. Los roedores tienen entre 3,2 y 3,5 reordenamientos por millón de años, mientras que los primates tienen 1,6”.
Para poner esto en contexto, los raros saltos en el reordenamiento cromosómico han ayudado a dirigir los caminos evolutivos de nuestros propios antepasados. Los cromosomas que permanecen separados en los gorilas, por ejemplo, se fusionan en uno solo en nuestro genoma humano.
Ese tipo de cambios pueden ocurrir una vez cada pocos cientos de milenios. Si bien las ediciones genéticas realizadas aquí en el laboratorio se realizaron en una escala relativamente pequeña, las señales indican que podrían tener algunos efectos dramáticos en los animales involucrados.
Todavía es pronto, después de todo, esta es una novedad científica, pero más adelante, podría existir la oportunidad de corregir los cromosomas desalineados o malformados en las líneas de sangre humana. Sabemos que en las personas, las fusiones y reubicaciones de cromosomas pueden provocar problemas de salud, incluida la leucemia infantil.
“Demostramos experimentalmente que el evento de reordenamiento cromosómico es la fuerza impulsora detrás de la evolución de las especies y es importante para el aislamiento reproductivo, proporcionando una ruta potencial para la ingeniería a gran escala del ADN en los mamíferos”. dice Li.
La investigación ha sido publicada en Ciencias.