Sondas fluorescentes revolucionan la visualización del ADN en células vivas con resolución sin precedentes

Dentro de cada célula humana hay dos metros de ADN comprimidos en un espacio microscópico. La forma en que ese material genético se pliega determina qué genes se encienden y cuáles permanecen dormidos. Durante décadas, los científicos han estudiado este plegamiento casi exclusivamente en células muertas, porque las técnicas de microscopía necesarias para observar componentes individuales del ADN requieren químicos agresivos y luz láser intensa que las células vivas no pueden tolerar. Ahora, un equipo del Centro de Regulación Genómica en Barcelona ha encontrado una forma de sortear ese obstáculo fundamental.

Los investigadores desarrollaron moléculas fluorescentes diminutas llamadas HoTs que pueden atravesar por sí solas la membrana de las células vivas y adherirse al ADN. Están diseñadas con un componente fluorescente basado en rodamina que les permite hacer algo inesperado: parpadear. Las moléculas se encienden y se apagan de forma autónoma, alternando entre estados oscuro y brillante. Cuando todas las moléculas fluorescentes se iluminan simultáneamente, un microscopio captura una imagen borrosa e ilegible. Pero cuando parpadean una por una, un microscopio avanzado puede determinar con precisión dónde se encuentra cada sonda individual. Después, una computadora combina todas esas localizaciones para reconstruir una imagen del ADN con una resolución mucho mayor que la que cualquier técnica anterior había logrado.

El resultado es extraordinario. Un microscopio convencional difumina cualquier objeto separado por menos de unos 200 nanómetros. Con estas nuevas sondas, los investigadores visualizaron el ADN dentro de células vivas con una resolución de 20 nanómetros, una mejora de diez veces. Cuando utilizaron células muertas y conservadas químicamente, aplicando una técnica llamada MINFLUX, lograron una precisión aún mayor: tres nanómetros, aproximadamente el ancho de la propia hebra de ADN. Pia Cosma, autora principal del trabajo publicado en Molecular Cell, explica que la misma molécula permite hacer dos cosas distintas. En células vivas, los investigadores observan el ADN en movimiento, viendo cómo se comporta la cromatina en su estado natural. En células conservadas, pueden ampliar la imagen hasta casi la escala molecular. Combinar ambos enfoques revela, con una resolución sin precedentes, una de las capas principales de control de la biología humana.

El equipo probó las sondas en cortes de tejido intestinal de tres pacientes con cáncer. Lo que encontraron fue revelador: en los tumores, el ADN estaba más suelto y disperso que en el tejido sano adyacente. Esto confirmó observaciones previas de que el ADN se desempaqueta progresivamente a medida que el cáncer avanza. Cosma señala que aunque el hallazgo es consistente con estudios anteriores sobre cómo la cromatina se descompacta durante el desarrollo tumoral, el equipo no identificó un único mecanismo que explique por qué sucede. Lo que sí es claro es que la forma en que se pliega el ADN está estrechamente vinculada a la actividad génica: la cromatina empaquetada es menos accesible para la maquinaria celular que regula la expresión génica, mientras que una cromatina más abierta permite mayor acceso. Los cambios en esta organización constituyen una parte importante de las transformaciones que ocurren durante la transformación cancerosa.

Actualmente, el personal médico examina biopsias de tejido mediante un método de tinción con más de cien años de antigüedad, observando a simple vista. Este avance abre la posibilidad de que algún día se pueda observar cómo ocupa el ADN el espacio tridimensional dentro de las células como una pista adicional para diagnosticar y tratar el cáncer. El equipo también demostró que estas moléculas funcionan en tejidos no humanos. Las utilizaron en cortes de ojo de pez cebra, un animal capaz de regenerar su retina dañada. Se cree que esa regeneración implica que las células aflojan su ADN para recuperar flexibilidad.

En un experimento paralelo, los investigadores demostraron que una inteligencia artificial puede aprender a interpretar estas imágenes de alta resolución. Utilizaron AINU, un programa que presentaron en 2024 y que analiza imágenes de superresolución del ADN para detectar patrones demasiado sutiles para el ojo humano. Entrenada con las nuevas imágenes de células vivas, AINU distinguió correctamente entre células de piel y células madre entre el 96 y el 98 por ciento de las veces. Ambos tipos celulares contienen ADN idéntico pero lo pliegan de forma distinta, y la inteligencia artificial fue capaz de percibir esa diferencia. Cuando AINU se desarrolló por primera vez, solo podía estudiar células muertas y conservadas. Combinarla con estas nuevas moléculas fluorescentes permite que ahora funcione con células vivas, abriendo una nueva frontera en cómo los científicos pueden observar y comprender la biología fundamental de la vida.