Han pasado más de dos décadas desde que los científicos terminaron de secuenciar el genoma humano, proporcionando un mapa integral de biología humana que desde entonces ha acelerado el progreso en la investigación de enfermedades y la medicina personalizada.
Gracias a ese esfuerzo, sabemos que cada uno de nosotros tiene alrededor de 20,000 genes que codifican proteínas, que sirven como planos para las diversas moléculas de proteínas que dan forma a nuestras células y los mantienen funcionando correctamente.
Sin embargo, sabemos relativamente poco acerca de cómo se organizan esas proteínas dentro de las células y cómo interactúan entre sí, dice Trey Ideker, profesor de medicina y bioingeniería en la Universidad de California en San Diego. Sin ese conocimiento, dice, tratar de estudiar y tratar la enfermedad es “como tratar de entender cómo arreglar su automóvil sin el manual de la tienda”.
Mapeo de la célula humana
En Un artículo reciente en el diario NaturalezaIdeker y sus colegas presentaron su último intento de llenar este vacío de información: un mapa de grano fino de una célula humana, que muestra las ubicaciones de más de 5,000 proteínas y cómo se ensamblan en estructuras cada vez más grandes. Los investigadores también crearon Una versión interactiva del mapa.
Va mucho más allá de los diagramas simplificados que puede recordar de la clase de biología de la escuela secundaria. Los objetos familiares como el núcleo aparecen en el nivel más alto, pero al zoom, encuentras el nucleoplasma, luego los factores de la cromatina, luego el complejo IID del factor de transcripción, que es el hogar de cinco proteínas individuales que mejor dejan sin nombre.
Esta metrópolis subcelular es ininteligible para los no especialistas, pero ofrece un vistazo a la extraordinaria complejidad dentro de todos nosotros.
Características celulares sorprendentes
Incluso para los especialistas, hay algunas sorpresas. El equipo identificó 275 conjuntos de proteínas, que van en escala desde grandes orgánulos carismáticos como las mitocondrias, hasta características más pequeñas como los microtúbulos y los ribosomas, hasta los pequeños complejos de proteínas que constituyen “la maquinaria básica” de la célula, como lo expresó Ideker.
“En todo eso”, dice, “se conocía aproximadamente la mitad, y aproximadamente la mitad, lo cree o no, no se conocía”. En otras palabras, el 50 por ciento de las estructuras que encontraron “simplemente no mapean nada en el libro de texto de Biología de Cell”.
Proceso multimodal para mapeo celular
Lograron este nivel de detalle adoptando un enfoque “multimodal”. Primero, para determinar qué moléculas interactúan entre sí, los investigadores bordearían un tubo con una proteína particular, llamada proteína “cebo”; Luego vertían una mezcla combinada de otras proteínas a través del tubo para ver qué atascado, revelando cuáles eran vecinos.
A continuación, para obtener coordenadas precisas para la ubicación de estas proteínas, iluminaron moléculas individuales dentro de una célula usando anticuerpos brillantes, los defensores celulares producidos por el sistema inmune para unirse y neutralizar sustancias específicas (a menudo invasores extraños como virus y bacterias, pero en este caso proteínas caseras).
Una vez que un anticuerpo encontró su objetivo, la proteína iluminada podría visualizarse bajo un microscopio y colocarse en el mapa.
Mejorar la investigación del cáncer
Hay muchos tipos de células humanas, y el único equipo de Ideker eligió para este estudio se llama célula U2OS. Se asocia comúnmente con tumores óseos pediátricos. De hecho, los investigadores identificaron alrededor de 100 proteínas mutadas que están vinculadas a este cáncer infantil, mejorando nuestra comprensión de cómo se desarrolla la enfermedad.
Mejor aún, localizaron los conjuntos a los que pertenecen esas proteínas. Por lo general, dice Ideker, la investigación del cáncer se centra en mutaciones individuales, mientras que a menudo es más útil pensar en los sistemas más grandes que el cáncer interrumpe.
Volviendo a la analogía del automóvil, señala que el sistema de frenado de un vehículo puede fallar de varias maneras: puede manipular el pedal, las pinzas, los discos o el líquido de frenos, y todos estos mecanismos dan el mismo resultado.
Del mismo modo, el cáncer puede hacer que un sistema biológico funcione de varias maneras, e Ideker argumenta que los mapas celulares integrales proporcionan una forma efectiva de estudiar esos diversos mecanismos de enfermedad.
“Solo hemos entendido la punta del iceberg en términos de lo que se muta en el cáncer”, dice. “El problema es que no estamos mirando las máquinas que realmente importan, estamos mirando las tuercas y los pernos”.
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Mapeo de células para el futuro
Más allá del cáncer, los investigadores esperan que su mapa sirva como modelo para los científicos que intentan trazar otros tipos de células.
Este mapa tardó más de tres años en crear, pero la tecnología y las mejoras metodológicas podrían acelerar el proceso, como lo hicieron para la secuenciación del genoma a fines del siglo XX, permitiendo que los tratamientos médicos se adapten al perfil de proteínas único de una persona.
“Vamos a tener que convertir la ley de Moore en esto”, dice Ideker, “realmente escalarlo y comprender las diferencias en la biología celular […] entre individuos. “
Este artículo no ofrece asesoramiento médico y debe usarse solo con fines informativos.
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Cody Cottier es un escritor colaborador de Discover Who Loves explorar grandes preguntas sobre el universo y nuestro planeta natal, la naturaleza de la conciencia, las implicaciones éticas de la ciencia y más. Tiene una licenciatura en periodismo y producción de medios de la Universidad Estatal de Washington.