CRISPR

Una gota de sangre secada en papel de filtro no solo guarda células: también conserva un registro de lo que le ha ido ocurriendo al organismo en los últimos meses. Ese registro no está en los genes, sino sobre los genes: las marcas químicas que las células cuelgan del ADN cambian con la comida, el estrés, las enfermedades y la edad.

Si giras lentamente el dial de una radio antigua, el sonido no emerge del ruido de forma gradual, sino con un salto brusco, en el instante en que la antena entra en resonancia con la onda. Algo parecido ocurre con los genes en una célula viva.

Dos imágenes del mismo cerebro tomadas en momentos distintos se parecen a las fotos de una misma casa antes y después de una reforma. Para entender qué ha cambiado, se superponen y se observan las diferencias.

Una gran orquesta sin director. Cada músico es un gen, y la melodía es el complejo trabajo de la célula. Antes, al mirar una fotografía de tejido, el ordenador intentaba adivinar la parte de cada instrumento por separado. No sabía que los violines suelen tocar junto a las violas, y las trompetas con los trombones.

Una gran orquesta sin director. Cada músico es un gen, y la melodía es el complejo trabajo de la célula. Antes, al mirar una fotografía de tejido, el ordenador intentaba adivinar la parte de cada instrumento por separado. No sabía que los violines suelen tocar junto a las violas, y las trompetas con los trombones.

Una biopelícula bacteriana se parece a una ciudad de moco. Las casas son los propios microbios. Las calles y los puentes son largas moléculas de polímeros que las bacterias secretan al exterior. Toda esta construcción no es estática: los puentes se rompen y se vuelven a unir constantemente.

Una escalera de caracol por la que ruedan canicas. Unas giran hacia la derecha, otras hacia la izquierda. Los peldaños están dispuestos de tal manera que las que giran a la derecha pasan más rápido, mientras que las de la izquierda se atascan. Algo muy parecido ocurre dentro de las moléculas helicoidales, como la doble hélice del ADN.

Una piedrecita en el fondo del arroyo yace inmóvil mientras los destellos del sol bailan en la superficie del agua. En astronomía ocurre el mismo contraste: un verdadero exoplaneta es la piedra, y miríadas de speckles (manchas de luz estelar dispersa) son las ondas que titilan en los instrumentos.

Cuando los biólogos miden la actividad de miles de genes, normalmente solo ven una lista de correlaciones, como dos ingredientes en una sopa que suelen aparecer juntos. El método estándar busca ese tipo de pares, pero no muestra quién influye sobre quién.

Las células de un mismo organismo son como panaderos gemelos en una cocina compartida. Tienen el mismo libro de recetas (ADN), pero al copiar la receta en un apunte y al montar el plato, surgen errores aleatorios. Esta imprevisibilidad —la entropía— hace que en células idénticas a veces haya mucha proteína y a veces poca.

En las profundidades del universo, cuando una estrella masiva colapsa en un agujero negro o nace un magnetar, se produce un estallido de rayos gamma que, por un instante, eclipsa a todas las estrellas del universo observable.

Has recibido un informe: en tu gen se ha reemplazado una "letra". Pero, ¿qué cambia eso? Una proteína no es una línea plana, sino una madeja compacta donde cada bucle se asienta en su hueco. Una sustitución en el interior de esa madeja es como una grieta en los cimientos, y en la superficie, como un arañazo en la fachada.

Un niño construye un juego sencillo en Scratch: un personaje aparece en el centro y salta instantáneamente a una esquina. El primer movimiento se pierde entre fotogramas: nadie lo ve. Eliminar esa instrucción es seguro. Pero, ¿cómo lo sabe un optimizador automático? Hoy, el repositorio de Scratch alberga decenas de millones de proyectos escritos por jóvenes autores.

El robot de laboratorio cuenta moléculas y se equivoca. En un tubo hay 0, en otro 12, en un tercero 3, aunque en realidad en todos hay aproximadamente lo mismo. Estas cifras "crudas" son algo habitual en biología: secuenciación de ADN, recuento de especies en una muestra de agua, actividad génica. Hay muchos datos, pero son dispersos y varían más de lo que permitiría el azar simple.

Una colcha de retazos donde cada retazo es un registro de la actividad de una pequeña región del cerebro. Un retazo se cosió el lunes en Londres, otro el martes en Nueva York, y un tercero hace un mes en Tokio. Todo este mosaico cubre el cerebro solo parcialmente, y no hay una costura común para unirlos.

Un llavero sobre la mesa: cada llave abre solo una cerradura. En las células vivas, el papel de esas llaves lo suelen desempeñar los nanocuerpos: diminutos fragmentos de anticuerpos que se adhieren a proteínas estrictamente específicas. Con ellos se puede llevar un fármaco directamente a la célula enferma o bloquear un proceso dañino.

Un laboratorio envía a un robot una lista de mil moléculas candidatas para un nuevo fármaco. El robot predictor, entrenado con datos antiguos, da para cada una una evaluación de 'apta o no apta'. Pero cuando la lista proviene de un área desconocida —otro virus o un tumor raro—, el robot empieza a confundirse. Su confianza sigue siendo alta, pero los aciertos reales caen a cero.

Un ingeniero que construye un puente no puede reforzar una viga sin que cambie la carga sobre las vecinas. Algo parecido ocurre en el desarrollo de fármacos: la molécula debe encajar perfectamente en el "bolsillo" de la proteína diana, como una llave en una cerradura, y además ser segura, estable y fácil de administrar.

Un fotógrafo retrata a un corredor con una exposición larga y obtiene una silueta borrosa. Algo parecido le ocurre a un resonador magnético convencional cuando 've' órganos en movimiento: el corazón se contrae, los pulmones respiran y la imagen se desenfoca. Para evitarlo, se pide al paciente que se quede quieto y contenga la respiración.

Un cable telefónico roto es un problema, pero un ADN roto es una catástrofe. Una rotura de doble cadena (cuando ambas hebras de la hélice se rompen en el mismo punto) amenaza a la célula con la muerte o con convertirse en cancerosa.

Un traductor no aprende un idioma con un libro de texto, sino escuchando el habla viva y viendo de inmediato qué hace la gente en respuesta a las palabras. Así funciona el nuevo método C3P para leer ADN bacteriano. Los modelos genómicos habituales intentan aprender las reglas simplemente "releyendo" miles de millones de letras del código genético, y a menudo se confunden.

En un tubo de ensayo flotan moléculas. Su cantidad —digamos, la concentración de alguna proteína— se convierte en la señal de entrada. Y a la salida no se necesita solo una solución turbia, sino una respuesta clara tipo 'sí' o 'no'. Los autores del trabajo construyen una cadena química que hace exactamente esto.

Bajo la luz solar, las moléculas de la bacteria, como las varillas de una batidora de cocina, capturan energía y hacen girar los electrones en la dirección adecuada. Pero a veces el giro se descontrola y aparecen partículas tripletes «atascadas». Es como si la varilla se detuviera un instante y girara en sentido contrario, salpicando algo caliente y quemando las paredes.

Una imagen microscópica de un tejido es como un mapa de una ciudad: calles, casas, parques. Un ojo experimentado puede decir mucho sobre la vida de un barrio a partir de ese mapa. Pero, ¿y si con el mapa se pudiera predecir en qué casas hay ruido hoy y en cuáles hay silencio?

Una orquesta donde cada músico toca su parte pero solo oye al vecino. En cuanto uno se equivoca, una ola de errores recorre toda la sala. Así funcionan las máquinas de Ising: dispositivos especiales para resolver problemas donde hay que elegir la mejor opción entre muchas.

Una orquesta sin director. Cada músico toca su parte y el volumen general aumenta, pero la melodía se desmorona: los violines se apresuran, los vientos se quedan atrás. Algo similar ocurre con las células cuando se introducen cambios en su ADN: pueden desplazarse, pero algunas se alejan mucho y otras se quedan en su sitio.

El ARN del SARS-CoV-2 no es solo una cadena, sino una estructura compleja. Tiene una región que se anuda como un cordón enredado. Este nudo ayuda al virus a producir dos proteínas a la vez a partir de un solo fragmento de código genético. Un virus sin ese nudo se replica peor, por eso los científicos buscan sustancias que lo deshagan.

En una bacteria en crecimiento, los genes responsables de las fábricas de proteínas no flotan solos. Se agrupan en gotas líquidas, parecidas a manchas de aceite en agua, sin membranas pero con límites definidos. La proteína NusA es la encargada de la condensación.

El ADN es un largo collar de carbono formado por cuatro tipos de cuentas. Los biólogos a menudo necesitan comparar dos cadenas para encontrar diferencias. Normalmente esto requiere un largo proceso de comparación. Los investigadores idearon un truco ingenioso: codificar cada cuenta como una flecha que gira según sus vecinos.

Los genetistas leen el ADN como una larga lista de letras. A partir de ella calculan una «puntuación de riesgo poligénico»: un número que indica si una persona tiene una probabilidad mayor o menor que la media de padecer, por ejemplo, diabetes.

Cuando te cortas un dedo, las células de la piel comienzan a trabajar en conjunto: unas se dividen, otras se arrastran hacia la herida, y otras se quedan quietas. Pero cómo decide exactamente una célula qué hacer a continuación depende de su 'agenda' interna: el ciclo celular.

Las células cancerosas se parecen a máquinas averiadas: una sola falla las hace avanzar sin freno. En el gen KRAS, estas fallas son las más comunes. Pero no todas son iguales: en un punto de la proteína puede aparecer un aminoácido incorrecto, y de eso depende cómo se comporte el tumor. En el nuevo estudio se compararon dos de estas fallas: G12C y G12D.

Cuando los químicos observan cómo cambian las concentraciones de las sustancias, necesitan entender qué reacciones están detrás de esos cambios. Es como intentar reconstruir la receta de un plato a partir de fotografías de los platos en diferentes momentos de la comida. Antes, para esto se solían usar derivadas, es decir, las velocidades instantáneas de cambio de las concentraciones.

El tejido de nuestro cuerpo se parece a una ciudad: en distintos barrios viven diferentes células, y cada una tiene su propio trabajo. Para entender cómo está organizada esta ciudad, los biólogos toman imágenes en las que se ve qué genes están activos en cada punto.

Un corte grueso de tejido bajo el microscopio se parece a un vidrio empañado: la luz se dispersa y los detalles se pierden. Normalmente, para ver las células, se tiñen o se cortan en láminas muy finas. Pero hay una forma más sencilla: hacer transparente el propio corte, como si se limpiara el vidrio.

Buscar un nuevo fármaco es como encontrar la llave de una cerradura. La proteína en la célula es la cerradura y la molécula candidata, la llave. Hay que saber si la llave encaja y con qué firmeza se asienta. Antes, la computadora revisaba cada átomo de la cerradura y de la llave para comprobarlo. Una sola cerradura podía tomar horas e incluso días.

En una habitación oscura, sobre la mesa hay un puntero láser, un trozo de vidrio con tejido y una cámara normal de teléfono. La luz atraviesa la muestra y en la imagen no aparecen células, sino un patrón de bandas claras y oscuras, como la sombra del follaje en una pared.

Una gota de sangre es una ciudad bulliciosa en miniatura. Miles de moléculas diferentes circulan por ella, y cada una deja su rastro. Pero mirar directamente dentro de esa ciudad es difícil: las calles están enredadas y hay tantos habitantes que no se pueden contar uno por uno. Los científicos han encontrado la manera de escuchar toda la ciudad a la vez, sin desmontarla en sus habitantes individuales.

Las células humanas vivas, tomadas directamente del organismo, son el material más fiel para estudiar enfermedades y probar fármacos. Pero introducir en ellas material genético extraño es difícil: las células no reciben bien a los intrusos. Los métodos convencionales o dañan la célula o funcionan de manera desigual, sobre todo si la muestra es heterogénea —y casi siempre lo es.