brainbow

Brainbow: Cómo colorear un cerebro


Por Dr. Pablo Barrecheguren

En 1906 el premio Nobel de Medicina fue compartido entre Camilo Golgi y Santiago Ramón y Cajal. En gran parte se le concedió a Golgi por crear un tipo de tinción que marcaba las neuronas y sus ramificaciones, pero esta tenía el problema de que al haber tantas neuronas era muy difícil ver dónde empezaba y terminaba cada neurona. Cajal alteró la tinción para que hiciera distinguibles muchas menos neuronas, lo cual permitió ver individualmente cada una de las células y descubrir que en la comunicación entre neuronas existen espacios de separación.

El Brainbow

Así pues, desde los inicios de la histología ha sido un problema constante distinguir las neuronas y sus prolongaciones dentro de una tinción. Y no es para menos, ya que nuestro cerebro contiene más de 100.000 kilómetros de conexiones, pero afortunadamente en el 2007 se publicó la primera versión de una técnica que permite ver individualmente cada una estas conexiones: el Brainbow.

Los conceptos del Brainbow

Esta técnica se basa en dos conceptos muy sencillos:

  1. Es posible generar animales transgénicos que expresan proteínas fluorescentes de distintos colores. Por ejemplo, existe la proteína fluorescente verde (GFP, Green fluorencent protein) o la proteína fluorescente roja (RFP, Red fluorencent protein).
  2. Si cada célula de un tejido animal tiene distintos tipos de estas proteínas fluorescentes y en diversas cantidades, entonces cada célula tendrá un color diferente.

Partiendo de esta base, se generaron animales (inicialmente se trabajó con ratones) que tenía tres o cuatro proteínas fluorescentes diferentes distintas que se mezclaban gracias a la activación de un gen (una recombinasa también introducida artificialmente en el genoma), el cual mezcla aleatoriamente las cantidades y tipos de proteínas fluorescentes en cada célula.

El resultado de esto es que se obtienen aproximadamente 100 combinaciones diferentes de colores. Aquí la clave es que este cambio de color es permanente y marca toda la célula, incluidas sus ramificaciones. Como esto ocurre en las neuronas del cerebro, esto permite un estudio detallado de lo que se conoce como el conectoma, (el conjunto de conexiones entre neuronas) y ya facilita analizar al microscopio dónde se conecta cada neurona. Aunque, eso sí, se requiere un importante trabajo de bioinformática y microscopía electrónica para manejar un volumen tan grande de conexiones. Pero el estudio del conectoma lo merece ya que son las conexiones las que permiten el paso de información entre cuerpos neuronales y son las que realmente explican cómo funciona el cerebro cada vez que ejecuta una tarea.

El Brainbow en otros organismos

La importancia del Brainbow es tal que se ha importado a otros organismos donde es posible la manipulación genética. Un ejemplo es Drosophila melanogaster, la mosca de la fruta, donde existe una intensa investigación neurocientífica tanto a nivel básico estudiando el desarrollo cerebral, como a nivel biomédico con trabajos que usan a Drosophila para investigaciones sobre el párkinson o el alzhéimer.

Y otro ejemplo es el Dario rerio o pez cebra, que gracias al hecho de que es transparente durante las primeras fases de su desarrollo se usa para el estudio de la formación inicial del sistema nervioso de los vertebrados.

Además no hay que olvidar que aunque originalmente el Brainbow fuera una técnica desarrollada para estudios neurocientíficos, es posible adaptar esta herramienta en otros tipos de tejidos.

El Brainbow y la biología celular

Con todo esto, el Brainbow se ha convertido en una de las herramientas más populares de la biología celular. Todavía se mantiene como una importante herramienta en el estudio del conectoma, que es sin lugar a dudas el gran desafío neurocientífico del siglo XXI.

Pero también se puede usar en otras tareas como por ejemplo el estudio de linajes celulares: una vez activada la técnica, el cambio de color en las neuronas es permanente y además, es hereditario. Es decir, que si esa célula se divide sus células hijas mantendrán el color de su célula progenitora. Esto permite estudiar con precisión qué células dan origen a qué tejidos, ayudando así a entender con  mayor profundidad el campo de las células madre neuronales.

Y es que el Brainbow no solamente es una de las técnicas más vistosas que tiene la biología molecular, sino que también es de las más versátiles.

Referencias

  • Benjamin Richier and Iris Salecker. Versatile genetic paintbrushes: Brainbow technologies. WIREs Developmental Biology (2015). Volume 4.
  • Dawen Cai, Kimberly B. Cohen, Tuanlian Luo, Jeff W. Lichtman, and Joshua R. Sanes. New tools for the brainbow toolbox. Nat Methods (2013). 10(6): 540–547.
  • Jean Livet, Tamily A. Weissman, Hyuno Kang, Ryan W. Draft, Ju Lu, Robyn A. Bennis, Joshua R. Sanes & Jeff W. Lichtman. Transgenic strategies for combinatorial expression of fluorescent proteins in thenervous system. Nature (2007). Vol 450.
  • Michel A. Hofman. Evolution of the human brain: when bigger is better. Frontiers in Neuroanatomy (2014). Volume 8, Article 15.
  • Zoe T. Cook, Nicole L. Brockway, Zachary J. C. Tobias, Joy Pajarla, Isaac S. Boardman, Helen Ippolito, Sylvia Nkombo Nkoula, and Tamily A. Weissman. Combining near-infrared fluorescence with Brainbow to visualize expression of specific genes within a multicolor context. Molecular Biology of the Cell (2019). Volume 30

Si te ha gustado el artículo sobre Brainbow del doctor en Biomedicina Pablo Barrecheguren , puede que también estés interesado en otros artículos suyos:

Pablo Barrecheguren

Doctor en Biomedicina. En Materia, JotDown Spain, Principia, Neurocosas, TED, Big Van Ciencia e Imperial College.
Pablo Barrecheguren

Latest posts by Pablo Barrecheguren (see all)

Related Post


Deja un comentario

Nombre *
Correo electrónico *
Web