Un sistema de grabación de ADN revela cómo una sola célula se convierte en un organismo completo

Científicos lograron reconstruir un árbol genealógico detallado de las células en un embrión de ratón en desarrollo, rastreando sus orígenes desde el momento en que un óvulo fertilizado se dividió por primera vez en dos células. Utilizando una innovadora tecnología de grabación de ADN, los investigadores siguieron cómo esas primeras células se multiplicaron, desarrollaron roles especializados y finalmente ayudaron a formar un cuerpo con órganos y tejidos distintos.

La grabación abarcó los primeros 13,5 días del desarrollo embrionario, proporcionando una visión inusualmente detallada de cómo se forma un cuerpo mamífero complejo. (La gestación completa en ratones es de 19 a 21 días).

Los hallazgos, publicados el 8 de octubre de 2026 en la revista Science, podrían ayudar a los científicos a comprender mejor el desarrollo normal y lo que sucede cuando ese proceso se interrumpe.

"Nos interesa rastrear cómo la ascendencia temprana de las células en un embrión influye en sus destinos posteriores. Explorar las líneas celulares ayuda a decodificar el desarrollo normal. Esta investigación podría eventualmente avanzar en el conocimiento sobre malformaciones congénitas, condiciones neurodesarrollacionales, trastornos genéticos o cáncer", afirmó Dr. Jay Shendure, profesor de ciencias genómicas en la Universidad de Washington y miembro del Howard Hughes Medical Institute.

Un grabador de ADN registra la historia de las células vivas

Este logro fue posible gracias a una tecnología llamada DNA Typewriter, desarrollada por Shendure y Junhong Choi, quien actualmente se encuentra en el Sloan Kettering Cancer Center.

En lugar de observar simplemente cómo se dividen las células, el sistema permite a los científicos conservar un registro de su historia directamente en su ADN. Para lograr esto, los investigadores insertaron una secuencia de grabación rediseñada, que llaman cinta, en el genoma de un óvulo fertilizado de ratón. El diseño actualizado facilitó la recuperación de la información almacenada en células individuales.

A medida que el embrión se desarrolló, el DNA Typewriter permaneció incrustado en el material genético de sus células, registrando sus divisiones de manera que pudiera usarse posteriormente para reconstruir su ascendencia. El resultado fue algo parecido a un libro de registro biológico, documentando la secuencia de eventos que dieron lugar a diferentes poblaciones celulares.

"Piénsalo como una máquina de escribir real, excepto que escribe en el propio ADN de una célula en lugar de en papel", explicó Haedong Kim, coautor principal del estudio y científico postdoctoral en ciencias genómicas en UW Medicine. "Cada vez que una célula se divide, escribe un nuevo carácter en la siguiente línea en blanco, siempre en orden, sin sobrescribir lo que ya está allí. Debido a que los caracteres se llenan siempre en secuencia, esa secuencia en sí misma describe la historia de la división de la célula".

Como estas marcas se transmiten a las células hijas, los investigadores pueden examinar las secuencias registradas e identificar qué células descendieron de un ancestro compartido. Las células que llevan partes coincidentes del registro pueden vincularse, lo que permite a los científicos reconstruir ramas del árbol genealógico del embrión.

"Escribir el registro es solo la mitad del problema. También hay que leerlo de cada célula, así que rediseñamos la cinta para facilitar eso", añadió Kim.

Superando un gran desafío en biología del desarrollo

Reconstruir toda la historia de un mamífero en desarrollo ha sido un desafío formidable. A medida que un embrión crece, sus células se dividen repetidamente y comienzan a asumir funciones especializadas. Seguir esas relaciones se vuelve cada vez más difícil a medida que aumenta el número y la variedad de células.

Los científicos lograron hazañas similares hace décadas en un pequeño gusano redondo, pero ese animal tiene un cuerpo relativamente simple con muchas menos células. Su transparencia también facilita el estudio del desarrollo.

Los mamíferos son considerablemente más complicados. Las tecnologías anteriores proporcionaron información importante sobre el desarrollo embrionario de los ratones, pero generalmente capturaron solo partes del árbol genealógico celular más grande.

Algunas técnicas tradicionales de grabación también tienen limitaciones significativas. Funcionan cortando el ADN para crear marcas identificativas, lo que puede dañar las células y borrar la información dejada por divisiones anteriores. Su capacidad de grabación es limitada, y dado que las marcas no se crean necesariamente en una secuencia fija, los científicos deben intentar reconstruir el orden de los eventos posteriormente.

"El DNA Typewriter evita todo esto", afirmó Kim. "Escribe sin cortar completamente el ADN, mantiene el registro de manera relativamente constante y escribe todo en un estricto orden, por lo que podemos registrar las líneas celulares con una resolución mucho más alta durante más tiempo".

Rastreando un embrión hasta sus primeras dos células

Los investigadores comenzaron intentando grabar el desarrollo en 100 óvulos fertilizados de ratón. De esos, 10 embriones estuvieron finalmente disponibles para examen.

Un espécimen, identificado como Embrión No. 3, destacó porque su sistema de grabación de ADN funcionó particularmente bien y preservó la historia de desarrollo más extensa. Por lo tanto, los científicos concentraron su análisis detallado en ese embrión.

Uno de los descubrimientos más importantes provino de una grabación realizada al principio del desarrollo, inmediatamente después de que el óvulo fertilizado se dividió por primera vez.

"Nuestra grabación capturó una marca clara y permanente que distingue las dos primeras células, permitiéndonos rastrear casi todas las células que perfilamos del embrión de vuelta a una u otra", dijo Kim. "Una de estas dos células fundadoras produjo más descendientes que la otra, pero ambas produjeron tipos celulares diversos en proporciones casi iguales".

Esto significó que, aunque una de las células originales contribuyó con más descendientes en general, ambas células fundadoras dieron lugar a una mezcla notablemente similar de tipos celulares especializados.

El hallazgo ilustra cómo los científicos pueden ahora investigar las primeras etapas del desarrollo con un nivel de detalle que anteriormente era difícil de lograr.

Los científicos descubren cuándo las células eligen sus roles

Las grabaciones de ADN también revelaron información importante sobre cuándo las células comienzan a comprometerse con sus roles finales en el cuerpo.

Las células embrionarias tempranas pueden dar lugar a muchos tipos diferentes de tejido. A medida que avanza el desarrollo, sus descendientes se vuelven gradualmente más especializados, formando eventualmente estructuras como el sistema nervioso, la piel, la sangre y los ojos.

Al reconstruir las ramas del árbol genealógico celular del embrión, los investigadores pudieron determinar cuándo diferentes grupos de células comenzaron a seguir caminos de desarrollo distintos.

Sus observaciones fueron consistentes con conclusiones extraídas de décadas de investigaciones previas, pero el nuevo enfoque les permitió examinar estos patrones dentro de un solo ratón en desarrollo.

"Las células sanguíneas y la retina se comprometieron relativamente temprano, mientras que la capa externa de la piel no se comprometió hasta mucho más tarde", explicaron los investigadores. "El destino celular no se fijó todo de una vez. Diferentes tipos celulares se asentaron en su identidad en sus propios cronogramas separados, algunos temprano y otros tarde".

Estos hallazgos muestran que la transición de una célula flexible y no especializada a una con una función biológica particular no ocurre al mismo tiempo en todo el embrión. En cambio, diferentes tejidos siguen sus propias cronologías de desarrollo. Algunas células comienzan a reducir sus posibles futuros temprano, mientras que otras permanecen flexibles durante más tiempo antes de comprometerse a un rol específico.

Lo que esto podría significar para malformaciones congénitas, cáncer y terapias con células madre

Entender exactamente cómo las células adquieren sus identidades podría tener importantes implicaciones para la medicina. Muchos trastornos del desarrollo surgen cuando el proceso normal de especialización celular o formación de tejidos se interrumpe. El cáncer también involucra un comportamiento celular anormal, incluidos fallos en los mecanismos que normalmente regulan el crecimiento y la división celular.

Al rastrear la ascendencia celular e identificar cuándo emergen diferentes vías de desarrollo, los científicos pueden obtener una comprensión más clara de cómo comienzan estos problemas.

"Este tipo de grabación del desarrollo a gran escala proporciona a los científicos un mapa de cómo una célula se convierte en un cuerpo entero, lo que ayuda a explicar cómo se forman correctamente los órganos, cómo ese proceso puede fallar en malformaciones congénitas y cómo el crecimiento celular anormal impulsa el cáncer. A medida que avanza la ingeniería de células madre, este tipo de grabación también puede ayudar a guiar cómo diseñamos células para su uso terapéutico".

Aunque el trabajo se realizó en embriones de ratón y aún no representa un tratamiento médico directo, demuestra una poderosa forma de estudiar las decisiones biológicas que dan forma a un organismo en desarrollo.

El enfoque también podría apoyar futuras investigaciones sobre células madre, particularmente esfuerzos para guiar a las células hacia identidades específicas para medicina regenerativa y otras aplicaciones terapéuticas.

Equipo de investigación y financiamiento

Los coautores adicionales incluyeron a Qi Yu y Sophie Seidel, ambos afiliados al Departamento de Ciencias Genómicas de la Universidad de Washington y al Seattle Hub for Synthetic Biology.

Shendure es el director científico del Seattle Hub for Synthetic Biology y también director científico del UW Medicine Brotman Baty Institute for Precision Medicine y del Allen Institute for Cell Lineage Tracing.

La investigación recibió apoyo del Seattle Hub for Synthetic Biology, una colaboración que involucra al Allen Institute, BioHub y la Universidad de Washington (CZIF2023-008738); el Paul G. Allen Frontiers Group y el Allen Discovery Center for Cell Lineage Tracing; el UW Medicine Brotman Baty Institute for Precision Medicine; la Washington Research Foundation; los National Institutes of Health (R00HG012973 y P30CA008748); la Damon Runyon Cancer Research Foundation (DFS-64-24); el Searle Scholars Award (SSP-2025-101); el Centro de Biología Cuantitativa de Dartmouth a través de una subvención del National Institute of General Medical Sciences (P20GM130454); y la Swiss National Science Foundation (239394).

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