Bacterias millennials: cuando las bacterias guardan GIFs en sus organismos

Existen momentos mágicos en el día y algunos de ellos son el beber café o desayunar una guajolota (pa’ los provincianos, como yo, una guajolota es una torta de tamal). Pero algo que Sergio disfruta en demasía es llegar a su casa y sentarse a ver GIFs, esas imágenes animadas que hacen al mundo un lugar mejor: cómo no amar a Pedrito Sola bailando o a la foca girando sobre su propio eje con musiquita de circo. Seguro muchos de ustedes tienen algún GIF favorito de la vida, aquél que los representa y que pondrían en su Curriculum Vitae en la sección de datos personales, también estoy seguro de que ustedes tienen una reserva de GIFs almacenados en su celular y que están ahí listos para enviarse en cualquier momento idóneo.

Imaginen que en vez de almacenar sus GIFs favoritos en la memoria SD de su teléfono, pudieran almacenarlos en el material genético de ciertas bacterias. Pues esta semana, un artículo publicado en Nature muestra cómo un grupo de modernillos de la Universidad de Harvard se pusieron de millennials y realizaron una investigación hermosa: lograron introducir una imagen y una secuencia de video digital, en forma de GIF, en el ADN de una bacteria viva; sí, Escherichia coli fue utilizada como memoria USB, CD o vinilo para almacenar un GIF en su genoma, como si crearan un archivo Ecoli.gif  

Previamente, ya había trabajos en los que se utilizaba al ADN como fuente de almacenamiento de datos, entre ellos están los casos donde se almacenaron la Declaración Universal de Derechos Humanos, las más de 500 mil palabras de Guerra y Paz de Tolstoi, un video musical de la banda rifada OK Go, y una lista de todo el material vegetal archivado en la Bóveda de Semillas de Svalbard. Pero esta ocasión es la primera vez en que se crea una biblioteca viviente donde se guarda y se logra recuperar la información de un GIF. El video elegido por los investigadores fue “El caballo en movimiento«, de Eadweard Muybridge, una de las primeras animaciones de la historia y precursora del cine en el siglo XIX. También ingresaron a las bacterias unas imágenes de manos, que recuerdan a las que dejaron los primeros seres humanos en las cuevas mientras eran nómadas.

Lo que hicieron estos investigadores fue transferir la información de las imágenes, que normalmente está codificada en un sistema binario de 1 y 0, al código genético que incluye 4 nucleótidos: Adenina, Guanina, Citosina y Timina (identificados con las letras: A-G-C-T), los cuatro “ladrillos” con los que se construye y almacena la información en nuestro material genético. Utilizaron dos estrategias distintas: la primera, llamada rígida, consistió en asignar un color de pixel a cada letra que conforma el alfabeto del ADN (esas A-G-C-T de las que hablamos); la segunda, nombrada flexible, se llevó a cabo realizando una tabla de un código degenerado que combinaba 3 letras distintas y con ellos se generaron los 21 posibles colores de píxeles. Al conjunto de cada 6 letras lo llamaron pixet, haciendo referencia a un pixel codificado en el ADN. Una vez que tenían codificada la información que deseaban guardar, procedieron a sintetizar los fragmentos de ADN en formas de orquillas y, mediante una técnica llamada electroporación (que consiste en darle choques eléctricos a las bacterias y con esto aumentar la permeabilidad de las células), lograron hacer que las bacterias introdujeran esos fragmentos de ADN que se sintetizaron.

Pero lo hermoso no sólo está en eso, los investigadores hicieron uso de una herramienta molecular llamada CRISPR-Cas9 (en inglés: Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, en español Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente Interespaciadas), una revolucionara herramienta desarrollada en 2012 por Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier y que básicamente es un bisturí molecular que combina proteínas especiales y moléculas de ARN para cortar y pegar fragmentos de ADN con alta precisión; las bacterias lo utilizan como sistema inmunológico para protegerse de ataques por virus. El sistema CRISPR-Cas9 es el ctrl c y ctrl v de las bacterias; Cas9 es la proteína que hace todo el corte, mientras que Cas1 y Cas2 le dicen a Cas9 dónde hacer el corte y en qué región del ADN hay que integrarlo. De esta forma el grupo de investigación logró que las bacterias no sólo aceptaran los fragmentos de ADN, sino también que los integraran en su genoma, es decir, que lo almacenaran tal cual biblioteca.

Finalmente, para saber qué tan exitoso fue el almacenamiento, días después de crecer las bacterias se les extrajo su ADN y se “descargó” la información almacenada; es decir, se secuenció su genoma y se reconstruyeron las imágenes con el mismo código que utilizaron para convertir la información de ceros y unos a letras de los nucleótidos. Tras realizar esto, encontraron que las imágenes fueron recuperadas entre un 88-96% de exactitud, es decir, por primera vez se logró exitosamente guardar tanto imágenes como un GIF en células vivas a una resolución de 36×26 píxeles; ustedes mismos pueden ver la coincidencia de las imágenes guardadas y recuperadas. Aquí la conclusión más romántica del trabajo: el GIF que surgió de una animación en 1887, una de las primeras animaciones de la historia, ahora también será conocido como el primer GIF en ser almacenado dentro del ADN de una célula viva. ¿No creen que esto es maravilloso? La manipulación del material genético cada vez es algo que más podemos comprender y de la cual podemos hacer uso para resolver múltiples problemas que actualmente vivimos.

Amigos, mientras Sergio escribe esto, él ha experimentado como veinte nerdgasmos simultáneos. El trabajo abre las puertas a pensar en la posibilidad de que podamos almacenar gran cantidad de información en células vivas, tal cual lo ha hecho la Naturaleza a lo largo de los años. A la vez, cuando lean esto piensen ustedes (y cuéntenle a Sergio en algún comentario) qué GIF o meme almacenarían en una bacteria; el lado millennial de Sergio lo hace imaginar poder guardar para la posteridad el meme del perrito chihuahua, el de Grumpy Cat, o tener para siempre en una cápsula del tiempo el meme de Bad Luck Brian y un GIF de Britney Spears bailando Oops!… I Did It Again… o haciendo sus épicas jetas… sería MA-RA-VI-LLO-SO.

¿Quieres leer más sobre el tema?

Shipman, S. L., Nivala, J., et al. CRISPR–Cas encoding of a digital movie into the genomes of a population of living bacteria. Nature: 2017.