ADN para mapear el cerebro

Además de la tecnología, las ciencias biológicas son la gran estrella del S. XXI. Entre ellas, la genética tiene un papel destacado. Más aún la llamada ingeniería genética. Una nueva aproximación pretende conocer el mapa de conexiones del cerebro, el Conectoma usando el ADN. El proyecto es ingenioso, sorprendente y ambicioso.

Los avances en genética han permitido que los investigadores se encuentren en una situación ideal: manipular las piezas de un gigantesco Lego para crear cadenas genéticas usando el ordenador sin casi tener que mancharse las manos en el laboratorio. Usando componentes de la vida, construyen organismos, o partes de ellos, que antes no existían. El poder que ello supone apenas es ahora imaginado. Un increíble futuro está en sus manos.

El cerebro humano está compuesto de 85 mil millones de neuronas conectadas entre sí por puntos de unión llamados sinapsis. El mapa de estas conexiones se denomina Conectoma. El modo en el que se conectan las neuronas es fundamental y determina en buena medida el comportamiento. Avanzar en el conocimiento del Conectoma es esencial para conocer el funcionamiento del cerebro.

Hasta el momento hay dos formas de conocer el Conectoma. Una de ellas se basa en la Resonancia Magnética. Mediante ella podemos saber como se difunde el agua en las grandes vías de conexión, los nervios o la sustancia blanca. Este método progresa poco a poco.

Otro método consiste en ir más al detalle. Colocamos un trozo de cerebro en el microscopio. Rebanamos una capa y tomamos una imagen. Rebanamos otra capa y tomamos la siguiente imagen. Después, en el ordenador construimos una imagen 3D de las tomas realizadas. Este método microscópico avanza muy despacio.

El equipo de Anthony Zador ha propuesto otra técnica que aún está en fase diseño con una poca experimentación (la técnica no se basa en cerebros humanos). Independientemente de que la técnica sea exitosa, revela la tremenda imaginación de la ingeniería genética. El método se denomina BOINC (barcoding of individual neuronal connections o códigos de barras de las conexiones neuronales individuales). Veamos en que consiste tamaña osadía.

En primer lugar se trata de asignar un código de barras genético a cada neurona individual. El código genético o ADN está formado por una enorme cantidad de cuatro bases nitrogenadas, cuatro letras llamadas o cuatro piezas del Lego llamadas A, T, C y G. La idea consiste en aplicar unas enzimas llamadas recombinasas a una parte del ADN. Si la parte es suficientemente grande y se aplica un número suficientemente alto de recombinaciones, la probabilidad de que cada neurona tenga una secuencia distinta del resto es muy elevada. Es decir, cada neurona tendrá un código de barras distinto (en realidad una secuencia de letras en su ADN distinta del resto de las neuronas). Después, otras enzimas separan estos códigos de barras del resto del genoma y lo empaquetan en unas moléculas llamadas plásmidos.

En el siguiente paso intervienen los virus, más concretamente un virus parecido al herpes. El virus del herpes es capaz saltar de una neurona a otra a través de las sinapsis. En su forma benigna, el virus del herpes está escondido hasta que, por ejemplo en una bajada de defensas o en situación de estrés, puede desarrollarse. Entonces sigue un nervio y aparece en la piel. Es el caso del herpes labial común o calentura.

Ahora de lo que se trata es de conseguir que los códigos de barras de ADN se comporten como un virus. Cada código de barras salta una sinapsis e infecta a las neuronas colindantes. Pero eso sí, solo un salto. De este modo, cada código de barras infecta a la siguiente neurona y se detiene. Así cada neurona contiene el código de barras propio y los de las neuronas con las que está conectada (pero no el de todas las neuronas que están más allá de un único salto sináptico).

Con otra enzima creamos paquetes de dos códigos de barras: el de la propia neurona y el de la neurona conectada. Supongamos que tenemos 4 neuronas en línea. Sus códigos de barras serían A, B, C y D. La neurona A tendría el paquete AB, la neurona B tendría el AB y el BC. La C tendría al BC y CD y la D solo el CD.

Por último, trituramos el cerebro y extraemos todos los pares existentes. Estos pares de códigos de barras nos indican la completa conectividad del cerebro.

¿Sencillo? Conceptualmente si, experimentalmente queda bastante. Zador y su equipo han trabajado con un cultivo de varios centenares de neuronas con resultados prometedores. Les ayuda el tremendo abaratamiento de las técnicas de secuenciación del genoma y calculan que por menos de 50.000 euros podrán mapear el Conectoma del cerebro del ratón.

La ingeniería genética es una tecnología formidable y apenas podemos imaginar de lo que será capaz.