Las células madre se han utilizado durante años como terapias para la salud humana, pero una nueva investigación muestra que pueden ofrecer la promesa de hacer que el suministro mundial de alimentos sea más sostenible y confiable a través del desarrollo de carne cultivada.
por Anna Zarra Aldrich, Universidad de Connecticut
Un tipo de célula madre que es de particular interés se conoce como células madre pluripotentes inducidas (células iPS ) . Estas células se derivan de células adultas y se pueden reprogramar para que actúen como células madre embrionarias . Estas células son pluripotentes, que funcionan como bloques de construcción que gradualmente dan lugar a todo tipo de células de órganos y tejidos.
Esa podría ser una buena noticia para la creciente industria de la carne cultivada en laboratorio , que busca formas de llevar la carne a los consumidores sin los inconvenientes ambientales de la agricultura industrial a gran escala. Sin embargo, hasta la fecha, la industria no ha podido generar suficientes células madre pluripotentes de ganado de alta calidad para hacer de esta una opción comercial legítima. Si bien los científicos han creado con éxito células iPS para modelos humanos y de ratón, casi se ha estancado el desarrollo de estas células pluripotentes para el ganado.
Eso puede estar cambiando: el profesor asociado Young Tang y el profesor y jefe de departamento interino Xiuchun (Cindy) Tian en la Facultad de Agricultura, Salud y Recursos Naturales demostraron recientemente las primeras células iPS exitosas para bovinos.
El dúo publicó sus hallazgos en International Journal of Molecular Sciences. Han presentado una patente provisional sobre esta tecnología a través de los Servicios de comercialización de tecnología de UConn.
Las células madre pluripotentes bovinas podrían tener aplicaciones para la carne de res cultivada en laboratorio, ya que podrían permitir a los científicos cultivar cortes enteros de carne a partir de células madre musculares diferenciadas de una sola célula iPS.
Estas células también podrían usarse para el establecimiento de tecnología de reproducción in vitro, que teóricamente podría crear 100 generaciones de vacas en 25 años. Las técnicas tradicionales de reproducción solo pueden producir 10 generaciones en el mismo período.
Estas células también permitirían grandes avances en la ingeniería genética y el desarrollo de animales resistentes a las enfermedades, según el equipo de investigación de la UConn.
«Esto será muy importante para nuestro futuro, porque queremos desarrollar una producción agrícola sostenible y satisfacer la creciente necesidad de la población mundial», dice Tang.
Silenciar genes ruidosos
El equipo de Tang y Tian utilizó una combinación novedosa de décadas de investigación con células madre para finalmente superar las barreras para el desarrollo de células iPS bovinas.
Anteriormente, las células madre bovinas tenían dos problemas principales: no podían silenciar los genes que se usaban para reprogramarlas y no podían renovarse a largo plazo.
Si bien un requisito previo de la pluripotencialidad es la capacidad de las células iPS para silenciar activamente los transgenes que las inducen, las células reprogramadas de forma incompleta morirán o se diferenciarán en un par de ciclos de replicación cuando estos genes se desactiven manualmente.
Las células de Tang y Tian superan ambos problemas al silenciar un evento de metilación que se identificó previamente como una barrera para el desarrollo embrionario en ratones y humanos.
Los investigadores desarrollaron previamente un método para crear células iPS en otros modelos animales. Este método combinó dos conjuntos de proteínas ampliamente utilizados: factores de Yamanaka (Oct4, Sox2, Klf4 y c-Myc) y factores de Thompson (Oct4, Sox2, Lin28 y NANOG).
Tradicionalmente, los científicos usan solo un conjunto de estos factores de reprogramación. Pero Tang y Tian los combinaron, utilizando un total de seis factores: Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc, Lin28 y NANOG.
También utilizaron dos inhibidores para cerrar las vías de señalización que interferían con el proceso de reprogramación.
Estos cambios permitieron a los investigadores hacer que la reprogramación de células humanas fuera 100 veces más eficiente que usar solo los factores de Yamanaka.
El siguiente paso fue cerrar un evento de metilación en la cromatina bovina conocido como trimetilación de histona 3 lisina 9 (H3K9me3). Descubrieron que la sobreexpresión de una enzima conocida como histona lisina desmetilasa KDM4A cerró efectivamente esta vía de metilación.
«Nuestra hipótesis era que esta trimetilación de H3K9 representaba una barrera de reprogramación para la generación de células iPS bovinas», dice Tang, «Por lo tanto, combinamos nuestro sólido sistema de reprogramación anterior que elaboramos usando células humanas, con la coexpresión de KDM4A y descubrió que podíamos generar las células iPS bovinas».
¿Qué sigue para las células iPS?
El siguiente paso de esta tecnología será probar qué tan pluripotentes son. Para determinar esto, los investigadores inyectarán las células en un embrión y analizarán a qué tejidos y órganos llegan las células iPS.
Cuanto más pluripotentes, en más tipos de tejido se incorporarán las células. Las células iPS menos pluripotentes pueden mostrar poca incorporación o estar confinadas principalmente a cualquier tipo de tejido del que provengan originalmente, una teoría llamada memoria epigenética.
«Recuerdan de dónde vienen», dice Tian. «Y luego terminan en ese tejido».
La última prueba de pluripotencialidad es si las células iPS pueden incorporarse al sistema reproductivo del animal, ya sea esperma u óvulos, y transmitir sus genes a una nueva generación.
Esta investigación podría aplicarse a otros animales como ovejas y cabras, o incluso especies bovinas casi amenazadas, como bisontes o búfalos.
