La microscopía de ADN crea mapas 3D de la vida desde el interior
Un equipo de científicos de la Universidad de Chicago ha desarrollado una técnica revolucionaria llamada microscopía de ADN volumétrica, que permite mapear en 3D el material genético de organismos vivos. Este método innovador utiliza el propio ADN para rastrear interacciones moleculares, generando imágenes detalladas que podrían transformar nuestra comprensión de enfermedades como el cáncer, así como del sistema inmunológico y el desarrollo biológico.
Una nueva perspectiva en genética
Los métodos tradicionales de secuenciación genética revelan mucha información sobre el material genético en una muestra, como un tejido o una gota de sangre, pero no indican dónde se encuentran secuencias específicas ni cómo interactúan con genes y moléculas cercanas. Para superar esta limitación, los investigadores han creado una tecnología que no solo identifica el ADN y el ARN, sino que también captura su ubicación precisa dentro del organismo.
El proceso comienza etiquetando moléculas individuales de ADN o ARN con identificadores moleculares únicos (UMI). Estas etiquetas se replican y generan nuevas secuencias, llamadas identificadores de eventos únicos (UEI), que son específicas para cada par de moléculas. Estas interacciones permiten construir una red molecular que refleja la disposición espacial de los genes, creando así un mapa tridimensional de la actividad genética. Conocida como microscopía de ADN volumétrica, esta técnica produce imágenes 3D detalladas de organismos completos, hasta el nivel de células individuales.
Imagen de microscopía volumétrica de ADN de un embrión de pez cebra
Joshua Weinstein, profesor asistente de Medicina e Ingeniería Molecular en la Universidad de Chicago, ha liderado el desarrollo de esta tecnología durante más de una década, con el apoyo de los Institutos Nacionales de Salud y la Fundación Nacional de Ciencias de EE.UU. En un estudio publicado el 27 de marzo en Nature Biotechnology, Weinstein y el investigador postdoctoral Nianchao Qian presentaron un mapa completo en 3D del ADN de un embrión de pez cebra, un modelo clave para estudiar el desarrollo y el sistema nervioso.
«Es un nivel de biología que nadie había visto antes», afirmó Weinstein. «Poder observar la naturaleza desde dentro de una muestra es emocionante.»
Una microscopía reinventada
A diferencia de los microscopios tradicionales que dependen de luz o lentes, la microscopía de ADN calcula las interacciones entre moléculas para generar imágenes. Las etiquetas UMI (identificador molecular unico) se adhieren a las moléculas de ADN y ARN, iniciando una reacción que produce UEI (Identificador Único de Evento) únicos para cada par. Los pares cercanos interactúan más y generan más UEI que los distantes. Al secuenciar el ADN y el ARN, un modelo computacional reconstruye la ubicación original de las moléculas analizando los enlaces entre las etiquetas UMI, creando así un mapa espacial de la expresión génica.
Weinstein compara esta técnica con el uso de datos de teléfonos móviles para determinar la ubicación de personas en una ciudad. «Si podemos hacerlo con celulares y personas, ¿por qué no con moléculas y células?», explicó. «Esto transforma la idea de la imagen: en lugar de usar luz, utilizamos bioquímica y ADN para formar una red masiva entre moléculas y codificar su proximidad.»
Aplicaciones futuras en medicina
La microscopía de ADN no requiere conocimiento previo del genoma ni de la forma de la muestra, lo que la hace ideal para contextos genéticos desconocidos. Por ejemplo, en el estudio del cáncer, donde los tumores generan innumerables mutaciones, esta herramienta podría mapear el microambiente tumoral y sus interacciones con el sistema inmunológico. También podría ayudar a comprender cómo las células inmunitarias responden a patógenos, guiando el desarrollo de inmunoterapias más precisas o vacunas personalizadas.
«Esta es la base para comprender de manera integral las células únicas en el sistema linfático o en tejidos tumorales», dijo Weinstein. «Estamos llenando un vacío tecnológico para entender tejidos únicos.»
Un avance con potencial transformador
La microscopía de ADN no solo es un logro técnico impresionante, sino que también tiene el potencial de cambiar radicalmente la medicina. Al ofrecer una visión detallada y tridimensional de cómo funcionan los genes dentro de un organismo vivo, esta técnica podría acelerar el descubrimiento de nuevos tratamientos para enfermedades complejas como el cáncer. Además, su capacidad para mapear interacciones moleculares sin depender de estructuras predefinidas abre la puerta a una comprensión más profunda de la biología, lo que podría beneficiar a millones de personas en el futuro.
