Las bacterias poseen un mecanismo natural de memoria biológica capaz de recordar lo que sucede en su entorno. Estos microorganismos están dotados de un sistema inmune que funciona como la caja negra de un avión, capaz de registrar distintos acontecimientos, como el ataque de un virus u otro patógeno o un mero cambio en el ambiente. Esta defensa natural la porta en su ADN, donde almacena la información de cada suceso para luego reconocerla y reparar los daños. Es el famoso sistema CRISPR-cas que los científicos han utilizado para cortar y pegar con precisión genes a voluntad.

Sus aplicaciones son innumerables y se van desvelando mes a mes. La revista Science publica este jueves un nuevo avance al respecto, con una utilidad de CRISPR que no había sido aprovechada hasta la fecha. El patólogo Harris Wang y sus colegas del Centro Médico de la Universidad de Columbia (EEUU) han usado la habilidad de recuerdo de las bacterias para crear una grabadora biológica. Se trata de una técnica nueva a la que han bautizado como TRACE (Grabación Temporal en Matrices por Expansión de CRISPR, por sus siglas en inglés) y que puede introducirse en células vivas para observar lo que les afecta. «Las células registran lo que les sucede en tiempo real. Estos datos se pueden extraer al final de un estudio de forma muy similar a la caja negra de un avión y descifrar la secuencia temporal», ha afirmado a EL MUNDO Harris Wang.

TRACE se puede emplear para rastrear cualquier proceso biológico que ocurra dentro de un organismo o en otros entornos complejos, como el suelo o ambientes marinos. El equipo de Wang ha relatado numerosas aplicaciones biomédicas, ya que puede usarse en el interior del cuerpo humano y grabar lo que ocurre, lo que incluye cambios en los genes o fluctuaciones de metabolitos. Por el momento, el sistema ha sido probado con éxito para la grabación de tres señales biológicas simluténeas en el transcurso de tres días, pero los investigadores no descartan ampliar el rendimiento del sistema.

Así funciona la grabadora TRACE

La grabación se produce de la misma forma en que se registra una serie de datos en una cinta magnética, teniendo en cuenta diferentes canales y el momento en el que quedan almacenados en cada uno de ellos. A cada acontecimiento, presencia de productos químicos, agentes infecciosos o cambio en las condiciones ambientales, le corresponde una pista distinta, que queda vacía si no se produce ninguna variación a lo largo del tiempo. La cinta se lee después como una secuencia única que reproduce por orden cada suceso tal y cómo la célula lo presenció.

En términos biológicos, la información se guarda en el ADN de una bacteria aprovechando su sistema de corta y pega genético, el ya famoso complejo CRISPR-cas. El genoma bacteriano puede almacenar datos, construyendo como un paréntesis, en los mismos espacios que CRISPR usa para recordar el ataque de un virus u otros patógenos y protegerse de ellos. Este mismo ADN de la bacteria, que funciona como un sistema inmune y es capaz de grabar los procesos que ocurren fuera de ella, puede integrarse después en un sistema vivo para hacer diferentes estudios.

Aplicaciones biomédicas

Entre las distintas aplicaciones biomédicas, Wang se muestra optimista en cuanto a la creación de vacunas, ya que la técnica permite seguir la respuesta celular durante una infección. «Si ponemos TRACE en la bacteria Mycobacterium tuberculosis, que causa tuberculosis, cuando infecte el pulmón, podríamos rastrear cómo reacciona al huésped y elude el sistema inmunitario. Contar con una grabadora, a modo de caja negra que registre cómo un patógeno causa una enfermedad, sería increíblemente útil para desarrollar estrategias, en momentos críticos, que detengan el proceso de infección durante su desarrollo», ha destacado.

Por otro lado, como el nuevo sistema puede almacenar una gran variedad de información, como la presencia de otras células, sustancias en el ambiente, temperatura, niveles de luz e incluso señales eléctricas, las posibilidades del método se multiplican de cara a otras terapias. «Si una bacteria puede ver con TRACE que está en oscuridad, que el ambiente es ácido y que el nivel de oxígeno disminuye (en ese orden), probablemente signifique que está pasando por el intestino. Podríamos entonces programarla para que produzca un efecto terapéutico que se libere en el intestino sólo bajo esas condiciones. Por supuesto, para hacer esto se requerirán técnicas de síntesis e ingeniería biológica aún por explorar», ha observado Wang.

Un sistema con límites

Aunque el trabajo del equipo de Wang se ha llevado con éxito, la grabadora TRACE parece estar limitada, de momento, por el número de canales y el tiempo de grabación. «Hemos demostrado que el sistema puede almacenar la información de unos pocos días, casi una semana, pero estamos explorando la forma de ampliar esto aún más», ha comentado. El científico ha avanzado a este periódico que pretende conseguir registros de varios minutos sobre diferentes sucesos ocurridos a lo largo de varias semanas e incluso meses.»En este estudio hemos demostrado que podemos trabajar con más de tres canales, pero ciertamente podríamos grabar cientos de señales al mismo tiempo», ha añadido.

Sin embargo, del mismo modo que el copia y pega genético CRISPR puede fallar y producir fenómenos de mosaicismo (cuando algunas células escapan a la edición de sus genes) o mutaciones indeseadas off-target (cuando se corrigen genes sanos), TRACE sufre también algunas dificultades de eficiencia. «Es un proceso de grabación de señales pasivo que tiene menos problemas. Pero si las células dejan de crecer, entonces no podrán registrar lo que les está sucediendo«, ha explicado Wang. «Naturalmente, estamos pensando en formas de conseguir que las células puedan utilizar de forma más activa los datos grabados de modo que realicen algunas operaciones lógicas útiles», ha asegurado.