Un estudio demuestra que es posible utilizar ultrasonidos para detectar expresión génica y visualizar células

Amparo Tolosa, Genotipia

 

Visualizar un proceso biológico mientras se produce dentro de un organismo vivo es una estrategia muy potente de investigación. Permite caracterizar el proceso y dar por acertadas o erróneas las hipótesis que se vayan planteando. Sin embargo, existen importantes limitaciones técnicas para visualizar cualquier proceso. Por ejemplo, ¿cómo detectar la expresión génica en células localizadas en tejidos de difícil acceso?

Los genes reporteros son una herramienta de gran utilidad para los investigadores. Su función es actuar como “chivatos”  de la expresión génica.  Pueden ser fusionados a regiones reguladoras o a genes para detectar cuándo están activos. Si una región  promotora o intensificadora de la expresión está activa, o si el gen al que está fusionado el gen reportero está expresándose, también lo hará el gen reportero, que informará de su presencia emitiendo una señal que puede detectarse. Sin embargo, la mayoría de las aproximaciones dependen de la luz para detectar la acción del gen reportero, lo que plantea un problema: cómo detectar la expresión génica en células localizadas en tejidos de difícil acceso donde la luz no puede penetrar.

El equipo de Mikhail Shapiro y Arash Farhadi, en la Universidad de Caltech, ha desarrollado una serie de genes reporteros cuya actividad puede detectarse mediante ultrasonidos (que penetran mucho más profundo en el tejido) lo que abre un mundo de posibilidades para la investigación.

ultrasonidos para detectar expresión
Representación de una célula expresando las vesículas que son detectadas mediante ultrasonidos. Imagen: Caltech.

Estos genes reporteros acústicos están basados en las proteínas que utiliza una bacteria flotante para formar las vesículas de gas en su interior que le proporcionan flotabilidad.  Un estudio previo del equipo había mostrado que cuando estas vesículas están en un medio fluido reflejan las ondas sonaras y son visibles cuando se realiza imagen basada en ultrasonidos. El siguiente paso de los investigadores ha sido obtener un gen reportero a partir de esta propiedad con el objetivo de detectar la expresión génica in vivo.

Para desarrollar genes reporteros acústicos los investigadores tuvieron que superar dos retos: el primero fue adaptar el código genético de las bacterias a un sistema que pudiera utilizarse en células de mamífero y el segundo fue regular la producción de las diferentes proteínas bacterianas hasta conseguir una proporción de cada una que permitiera producir nanovesículas de gas detectables mediante ultrasonidos.

Como prueba de concepto, el equipo ha utilizado los genes reporteros en injertos de tumor en ratones. Para ello, el equipo indujo la expresión de los genes reporteros acústicos en células HEK (células tumorales….) que inocularon subcutáneamente en ratones. En paralelo utilizaron células con un gen reportero basado en fluorescencia. Los investigadores pudieron detectar in vivo, en los ratones,  las células con genes reportero acústicos, pero no las células con genes reporteros fluorescentes.

Los resultados del trabajo abren un camino muy interesante para la investigación in vivo de procesos biológicos.  Los investigadores afirman que este sistema podrá utilizarse para estudiar la expresión génica en organismos vivos, en su contexto biológico habitual, no solo en tumores, sino también en células inmunitarias, neuronas y otros tipos celulares.  En el futuro, el equipo confía que podrán utilizarse ultrasonidos para monitorizar el destino de las terapias basadas en células en los pacientes. No obstante, al igual que en otras aproximaciones, el equipo reconoce que la técnica está todavía en desarrollo y deberá optimizarse. “Se han necesitado más de 20 años de trabajo para mejorar a las proteínas fluorescentes, y probablemente hagan falta 20 años de trabajo para mejorar lo que hemos desarrollado, pero es una prueba de concepto clave”, señala Mikhail Shapiro.

Investigación original: Farhadi A, et al. Ultrasound imaging of gene expression in mammalian cells. Science. 2019. Doi: http://dx.doi.org/10.1126/science.aax4804

Fuente: Researchers make it possible for ultrasound to reveal gene expression in the body. https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-09/ciot-rmi092719.php

 

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