Cada organismo tiene su propio árbol genealógico. Y como cualquier árbol genealógico, el árbol genealógico de un organismo es más interesante si es completo y ricamente detallado. Es decir, cada miembro del árbol genealógico debe mostrarse en su lugar adecuado junto con alguna información biográfica. En el caso de un organismo, un ratón, por ejemplo, los miembros del árbol genealógico son células individuales, y la información biográfica consiste en perfiles de expresión génica.

Si se pudieran ensamblar árboles genealógicos integrales de organismos completos, los investigadores aprenderían mucho sobre el desarrollo, el envejecimiento y las enfermedades. Desafortunadamente, los árboles genealógicos que trazan el desarrollo de tejidos u organismos se han limitado a pequeños grupos de células o se han vuelto vagamente sospechosos, debido a distorsiones causadas por técnicas intrusivas de evaluación celular.

La buena noticia es que se ha desarrollado una nueva tecnología que puede servir como una especie de ancestry.com para las células de un organismo. Es decir, promete combinar información de ascendencia celular con lecturas moleculares detalladas, como firmas transcripcionales.

La tecnología, que se llama CRISPR Array Repair Lineage tracing (CARLIN), fue desarrollada por científicos del programa de Investigación de Células Madre del Hospital Infantil de Boston y del Instituto Oncológico Dana-Farber/Escuela de Medicina de Harvard. Se puede usar para rastrear todas las células del cuerpo, desde la etapa embrionaria hasta la edad adulta.Usando una técnica de «código de barras» y la tecnología de edición de genes CRISPR, CARLIN puede identificar diferentes tipos de células a medida que emergen y qué genes se activan cada uno. Los detalles sobre CARLIN surgieron en la revista Cell, en un artículo titulado, «Una Línea de Ratón CRISPR-Cas9 Diseñada para Lectura Simultánea de Historias de Linaje y Perfiles de Expresión Génica en Células Individuales.»

«Este modelo explota la tecnología CRISPR para generar hasta 44,000 códigos de barras transcritos de manera inducible en cualquier momento durante el desarrollo o la edad adulta, es compatible con códigos de barras secuenciales y está completamente definido genéticamente», escribieron los autores del artículo. «Hemos utilizado CARLIN para identificar sesgos intrínsecos en la actividad de los clones de células madre hematopoyéticas hepáticas fetales (HSC) y para descubrir un cuello de botella clonal previamente no apreciado en la respuesta de las HSC a una lesión.»

«El sueño que muchos biólogos del desarrollo han tenido durante décadas es una forma de reconstruir cada linaje celular, célula por célula, a medida que se desarrolla un embrión o se construye un tejido», dijo Fernando Camargo, PhD, investigador sénior del programa de Investigación de Células Madre y coautor principal del artículo con Sahand Hormoz, PhD, investigador del Instituto Oncológico Dana-Farber y profesor asistente de biología de sistemas de la Escuela de Medicina de Harvard. «Podríamos usar este modelo de ratón para seguir todo su desarrollo.»

Camargo, Hormoz y coautores de sus respectivos laboratorios-Sarah Bowling, PhD, y Duluxan Sritharan—crearon el modelo de ratón utilizando un método que llaman CRISPR Array Repair Lineage tracing, o CARLIN. El modelo puede revelar linajes celulares, el «árbol genealógico» en el que las células madre crean diferentes tipos de células hijas, así como qué genes se activan o desactivan en cada célula a lo largo del tiempo.

Anteriormente, los científicos solo han podido rastrear pequeños grupos de células en ratones utilizando colorantes o marcadores fluorescentes. También se han utilizado etiquetas o códigos de barras, pero los enfoques anteriores requerían un conocimiento previo de los marcadores para aislar diferentes tipos de células, o requerían una extracción y manipulación de células que consumía mucho tiempo, lo que podría afectar sus propiedades. El advenimiento de CRISPR ha permitido a los investigadores codificar células sin perturbarlas y seguir el linaje de miles de células simultáneamente.

Utilizando una forma inducible de CRISPR, los investigadores pueden crear hasta 44,000 códigos de barras de identificación diferentes en cualquier momento de la vida útil de un ratón. Los científicos pueden leer los códigos de barras usando otra tecnología llamada secuenciación de ARN unicelular, lo que permite recopilar información sobre miles de genes que se activan en cada célula con código de barras. Esto, a su vez, proporciona información sobre la identidad y la función de las células.

Como caso de prueba, los investigadores utilizaron el nuevo sistema para revelar aspectos desconocidos del desarrollo de la sangre durante el desarrollo embrionario y para observar la dinámica de la reposición de sangre después de la quimioterapia en ratones adultos.

Pero los investigadores creen que su sistema también podría usarse para comprender los cambios en los árboles de linaje celular durante la enfermedad y el envejecimiento. Además, el sistema podría usarse para registrar la respuesta a estímulos ambientales como la exposición a patógenos y la ingesta de nutrientes.

«Poder crear mapas de linaje unicelular de tejidos de mamíferos no tiene precedentes», dijo Camargo, quien también es miembro del Instituto de Células Madre de Harvard. «Además de sus muchas aplicaciones para estudiar la biología del desarrollo, nuestro modelo proporcionará información importante sobre los tipos y jerarquías celulares que se ven afectados a medida que los organismos responden a lesiones y enfermedades.»