Cómo se forma un organismo a partir de una sola célula

Ya sea un gusano, un ser humano o una ballena azul, toda forma de vida multicelular comienza como una sola célula. De esta emerge la galaxia de células que se necesitan para construir un organismo, donde cada una de ellas se forma en el lugar y el momento adecuados para llevar a cabo una función específica en coordinación con sus vecinas.

Esta hazaña es una de las más notables de la naturaleza, pero a pesar de décadas de estudio, los biólogos no habían sabido desentrañar por completo en qué consistía el proceso.

Ahora, tres equipos de investigadores de la Escuela de Medicina de Harvard y de la Universidad Harvard han publicado sendos artículos en Science en los que informan que han caracterizado todas las células de embriones del pez cebra y de la rana Xenopus tropicalis, dos de las más estudiadas en biología. Con ello han establecido una hoja de ruta que revela cómo una sola célula genera un organismo completo.

Mediante la técnica de secuenciación de células individuales, los investigadores han seguido el destino de cada una de las células durante las primeras 24 horas de la vida de un embrión. Sus análisis revelan el panorama completo de los genes que se activan o desactivan, y cuándo lo hacen, a medida que las células embrionarias pasan a otros estados y se diferencian en nuevos tipos de células.

En conjunto, los hallazgos representan un catálogo de «instrucciones» genéticas para generar distintos tipos celulares en dos importantes especies modelo y proporcionan un recurso sin precedentes para el estudio de la biología del desarrollo y de las enfermedades.

«Con la secuenciación de células individuales, podemos, en un día de trabajo, recapitular décadas de investigación minuciosa sobre las decisiones que se toman en las primeras etapas de la vida», comenta Allon Klein, coautor de dos de los tres estudios.

Árboles genealógicos celulares

Cada célula de un embrión en desarrollo lleva una copia del genoma completo del organismo. Igual que los trabajadores de la construcción utilizan solo una parte del proyecto para colocar los cimientos de un edificio, las células expresan genes en el debido tiempo para que el embrión se desarrolle correctamente. Los investigadores han empleado la técnica de secuenciación de células individuales para capturar datos de expresión génica de cada una de las células del embrión en cada momento.
«Para entender cómo se genera un organismo se necesita saber qué genes se activan o desactivan a medida que las células van tomando decisiones sobre su destino, no solo la secuencia estática de un genoma», explica el coautor Sean Megason. «Esta es la primera estrategia que nos ha permitido abordar de forma sistemática y cuantitativa esta cuestión».

Los investigadores han establecido el perfil decenas de miles de células en ambas especies y han desarrollado un «árbol genealógico» celular, el cual ha revelado cómo cambia la expresión génica distintos tipos de células a medida que se especializan.