Una cadena de clonación de ratones termina tras 58 generaciones por la acumulación de cambios dañinos en el ADN

Un experimento de 20 años llega a su límite

Después de 30.947 intentos de transferencia nuclear y de obtener más de 1.200 ratones clonados descendientes de una sola hembra, un equipo de investigación japonés puso fin a un experimento que duró unos 20 años. Los cinco ratones nacidos en la generación 58 murieron al día siguiente, lo que puso fin a una cadena que los investigadores creían que podría continuar indefinidamente.

El experimento, realizado entre 2005 y 2025, determinó que la clonación repetida permitía la acumulación de cambios dañinos en el ADN. Al principio, la tasa de nacimientos mejoró: pasó de alrededor del 7% en la primera generación al 15,5% en la generación 26. Comenzó a disminuir a partir de la generación 27 y finalmente llegó al 0,6%, es decir, unos seis nacimientos por cada 1.000 embriones clonados transferidos a madres sustitutas.

Los resultados se publicaron en Limitaciones de la clonación en serie, en Nature Communications. La Universidad de Yamanashi incluyó a la profesora asociada Sayaka Wakayama y al profesor Teruhiko Wakayama, director de su Centro de Biotecnología Avanzada, entre los investigadores mencionados en su comunicado sobre la investigación.

El resultado más revelador fue el contraste entre la apariencia y la capacidad reproductiva. Muchos ratones de la cadena parecían sanos y vivieron alrededor de dos años; sin embargo, las generaciones posteriores tuvieron cada vez más dificultades para reproducirse, tanto mediante clonación como por apareamiento natural.

Teruhiko Wakayama, pionero de la clonación de ratones en la Universidad de Yamanashi, explicó la pregunta que motivó el experimento mediante una comparación familiar:

Al copiar una imagen con una fotocopiadora, la calidad se reduce ligeramente. Si vuelve a copiar esa copia, la calidad empeora aún más

En los ratones, los cambios afectaron tanto a letras individuales del ADN como a fragmentos mucho más grandes de los cromosomas. La investigación relaciona la acumulación de esos cambios con el eventual desplome de la tasa de nacimientos exitosos.

Cómo clonaron un clon

El equipo utilizó la transferencia nuclear de células somáticas. Una célula somática es una célula del cuerpo, no un óvulo ni un espermatozoide. Los investigadores extrajeron el núcleo, que contiene la mayor parte de las instrucciones genéticas de la célula, y lo transfirieron a un óvulo no fecundado al que previamente le habían retirado su propio núcleo.

El óvulo debía entonces reprogramar esas instrucciones para que un núcleo procedente de una célula adulta del cuerpo pudiera dirigir el desarrollo de un embrión. Los investigadores transfirieron los embriones resultantes a madres sustitutas y utilizaron células de los clones que sobrevivieron para crear la siguiente generación.

Las células donantes procedían de células del cúmulo, que rodean y ayudan a los óvulos. La donante original era una ratona con pelaje agutí, una coloración producida por bandas de pigmento a lo largo de cada pelo. Todos los ratones clonados eran hembras y tenían ese color de pelaje.

Los investigadores produjeron unas tres o cuatro generaciones al año. En lugar de crear cada ratón directamente a partir de células almacenadas de la donante original, transmitieron repetidamente la línea a través de un nuevo animal clonado. Ese diseño les permitió seguir los cambios que pasaban de una generación a la siguiente.

Por qué los primeros resultados parecían prometedores

El comunicado de RIKEN de marzo de 2013 describió un experimento que todavía avanzaba de forma alentadora. Para cuando se presentó el artículo, el equipo había obtenido 581 ratones a lo largo de 25 generaciones; para la fecha del comunicado, ya eran 598 a lo largo de 26 generaciones.

Los investigadores utilizaron tricostatina A, o TSA, un fármaco que ayuda a reprogramar la actividad genética del núcleo transferido. Los intentos anteriores de clonación repetida de ratones habían llegado solo a unas seis generaciones. Con TSA y mejores condiciones experimentales, la tasa de nacimientos aumentó en lugar de disminuir de manera sostenida.

En esa etapa, las mediciones de salud, fertilidad, esperanza de vida y extremos de los cromosomas también parecían tranquilizadoras. Por ello, los investigadores creyeron que el proceso podría continuar indefinidamente. El seguimiento de la misma línea durante otra década reveló problemas que no eran evidentes en esas primeras 25 generaciones.

Los principales hitos muestran cómo cambió la conclusión:

• 2005: comenzó la clonación en serie. El artículo final sitúa el inicio en enero, mientras que el informe de RIKEN de 2013 lo ubica a finales de año.
• 8 de marzo de 2013: RIKEN anunció que había obtenido 598 ratones a lo largo de 26 generaciones, con una tasa de nacimientos de alrededor del 15%.
• A partir de la generación 27: la tasa de nacimientos comenzó a descender de forma sostenida, pese a las variaciones entre generaciones.
• 2025: el experimento terminó en la generación 58, después de que los cinco ratones nacidos en esa generación murieran al día siguiente.

¿Qué cambió en el ADN?

La secuenciación del genoma reveló alrededor de 3.700 variantes de un solo nucleótido y 80 inserciones o deleciones pequeñas entre las generaciones uno y 57. Una variante de un solo nucleótido, o SNV, es un cambio en una letra de la secuencia de ADN. Una inserción o deleción añade o elimina un pequeño fragmento de esa secuencia.

El artículo calculó promedios de 69,4 SNV y 1,4 inserciones o deleciones pequeñas por generación. Muchos cambios en el ADN tienen poco efecto, pero algunos interfieren con las instrucciones necesarias para el desarrollo o la reproducción normales.

Como comparación, los investigadores examinaron dos líneas de ratones mantenidas durante 60 generaciones mediante apareamiento entre hermanos, a lo largo de unos 20 años. Esas líneas acumularon un promedio de 22,3 SNV por generación. Por tanto, la tasa de la línea clonada fue unas 3,1 veces mayor, según la comparación entre 69,4 y 22,3.

También aumentó la proporción de variantes pequeñas que, según las predicciones, alteraban o interrumpían las proteínas. Pasó del 0,52% de los cambios surgidos entre las generaciones uno y 23 al 1,19% de los que aparecieron entre las generaciones 23 y 57.

Los investigadores también reconstruyeron el árbol genealógico de los ratones a partir de su ADN. Este coincidió con el registro de la línea experimental y confirmó que todos los animales de la cadena habían descendido de la donante original durante el experimento.

Los grandes cambios cromosómicos añadieron otra carga

Los ratones acumularon algo más que cambios en letras individuales del ADN. La secuenciación identificó entre 80 y 84 nuevas variantes estructurales, es decir, alteraciones más grandes en la disposición o la cantidad de ADN, entre las generaciones uno y 57.

Dieciséis variantes grandes afectaron fragmentos de al menos 40.000 letras de ADN. Entre los cambios se encontraron la pérdida de un cromosoma X, una alteración importante en el cromosoma cuatro y un intercambio de material entre los cromosomas siete y nueve.

Para la generación 57, los investigadores estimaron que unas 30 mutaciones causaban la pérdida de la función de genes y que alrededor de 50 alteraban las instrucciones de las proteínas codificadas por los genes, incluso sin contar la pérdida de un cromosoma X. Dos grandes deleciones también afectaron a la misma región y eliminaron la función de las dos copias de un gen llamado Csmd1.

Los autores relacionan el descenso de la tasa de nacimientos con la carga conjunta de mutaciones. Según su explicación, nuevos cambios dañinos al final del experimento llevaron a un genoma ya muy alterado más allá de lo que los ratones en desarrollo podían tolerar.

El origen de la mayor tasa de mutaciones sigue sin estar claro. La transferencia repetida de núcleos de células del cuerpo podría contribuir, y esas células pueden acumular mutaciones durante la vida de un animal. La ausencia de reproducción sexual también modifica la forma en que esas mutaciones pasan de una generación a otra.

Por qué no bastó con reprogramar la actividad genética

La clonación requiere algo más que trasladar ADN a un óvulo. El óvulo también debe reprogramar las marcas químicas que ayudan a determinar qué genes están activos. Estas marcas se describen como epigenéticas porque regulan el uso del ADN sin cambiar su secuencia.

Los investigadores habían sospechado que los fallos en este proceso de reprogramación podían agravarse con cada ronda de clonación. Sin embargo, sus mediciones apuntaron a la acumulación de mutaciones en el ADN como la principal explicación del descenso posterior.

Los ratones clonados tenían placentas agrandadas, una característica conocida de la clonación de ratones. Durante el experimento, las placentas pesaron en promedio unos 0,30 gramos, frente a 0,11 gramos en los controles producidos mediante fecundación in vitro. Sin embargo, su peso no siguió aumentando con cada generación.

Las pruebas de varias marcas epigenéticas en embriones tempranos también mostraron patrones en general similares entre los clones recién producidos y los de la generación 51. La TSA siguió siendo útil: la tasa de nacimientos en la generación 51 fue del 5,4% con el tratamiento, frente al 1,6% sin él.

Los telómeros, las secuencias protectoras de ADN situadas en los extremos de los cromosomas, ofrecían otra posible explicación. Los análisis posteriores de secuenciación encontraron pocas pruebas de un acortamiento considerable en las generaciones examinadas. En conjunto, las pruebas dirigieron la atención hacia la creciente carga de cambios en la secuencia y la estructura de los cromosomas.

Los ratones que parecían sanos tuvieron menos crías

El apareamiento natural reveló un descenso reproductivo difícil de detectar a partir de la apariencia de los ratones. Las hembras de la generación 20 tuvieron un promedio de 9,9 crías por camada al aparearse con machos normales, una cifra cercana a las 10,3 del grupo de control.

El tamaño promedio de las camadas bajó después a 2,8 crías en la generación 50 y a 2,2 en la generación 55. Esta última cifra fue alrededor de un 79% inferior al promedio del grupo de control, calculado a partir de 2,2 frente a 10,3 crías.

La cantidad de óvulos obtenidos tras la estimulación hormonal no disminuyó a medida que avanzaban las generaciones de clones. Por ello, los investigadores examinaron qué ocurría con los óvulos después de su activación o fecundación.

Cuando se fecundaron óvulos en el laboratorio con espermatozoides de machos normales, el 97,6% de los embriones de control llegó a la fase de blastocisto, una etapa temprana anterior a la implantación. La proporción fue del 39,7% en los óvulos de clones de la generación 25 y del 20,3% en los de la generación 53.

Los experimentos con óvulos de la generación 56 detectaron problemas tanto en el núcleo como en el citoplasma, el material que lo rodea. Aunque se reemplazara uno de esos componentes por su equivalente de un óvulo de control, las tasas de desarrollo seguían siendo muy bajas. Ambos componentes del óvulo parecían afectados.

La reproducción sexual recuperó parte de la fertilidad

Algunas crías de clones de generaciones tardías sobrevivieron y se reprodujeron con más éxito. Aunque las hembras clonadas de la generación 55 tuvieron un promedio de 2,2 crías por camada, sus descendientes tuvieron más adelante camadas de 7,0 crías en promedio, más del triple.

Las placentas de estos nietos también tenían un tamaño parecido al de las procedentes de embriones producidos mediante fecundación, en lugar de estar agrandadas, como suele ocurrir en los ratones clonados.

La reproducción sexual reorganiza el material genético cuando se forman los óvulos y los espermatozoides, y lo combina con el ADN de otro progenitor durante la fecundación. Una copia funcional de un gen heredada de un progenitor puede compensar en ocasiones una copia dañada del otro. Los embriones con problemas genéticos graves pueden dejar de desarrollarse, mientras que los que tienen combinaciones viables sobreviven.

Los descendientes seguían heredando mutaciones de las hembras clonadas. La secuenciación del genoma detectó variantes tanto en las crías como en los nietos, incluido el intercambio entre los cromosomas siete y nueve. Los investigadores plantearon que ambos cromosomas alterados se habían heredado juntos, lo que mantuvo equilibrado el intercambio.

Por tanto, el aumento del tamaño de las camadas apunta a una recuperación parcial de la capacidad reproductiva mediante la reproducción sexual. Los descendientes pudieron reproducirse mejor y, al mismo tiempo, conservar algunos de los cambios genéticos acumulados durante la clonación.

Qué significa para la conservación y la ganadería

La clonación interesa a quienes trabajan en conservación porque las células almacenadas pueden preservar material genético de animales muertos o incapaces de reproducirse. En la ganadería, ofrece una forma de reproducir animales con características valiosas. El experimento muestra por qué esos usos requieren prestar atención al estado del ADN de los donantes y a la salud reproductiva de sus descendientes.

El hallazgo se refiere a la clonación repetida a lo largo de una larga cadena de donantes sucesivos. Las 58 generaciones son el límite de esta línea concreta de ratones bajo estas condiciones experimentales; se desconoce cuántas generaciones podrían alcanzarse en otras líneas o especies de mamíferos.

Katarzyna Malin, endocrinóloga del desarrollo de la Universidad de California en Davis que no participó en la investigación, dijo que los resultados respaldan una conservación que evite que las especies lleguen a una situación crítica, en lugar de depender de la clonación para rescatarlas después.

Ben Novak, de la organización de conservación Revive & Restore, destacó la importancia de las mutaciones que se acumulan en los tejidos del cuerpo durante la vida de un animal. Una célula donante contiene su propio historial de cambios en el ADN, algo que importa cuando esa célula se convierte en el punto de partida de otro animal.

El estudio reúne dos lecciones prácticas. La clonación puede preservar el acceso al material genético de un animal durante muchas generaciones, pero la salud de los descendientes también depende de lo que ocurre con ese ADN con el paso del tiempo. En este experimento, el apareamiento natural permitió que algunos descendientes recuperaran parte de su fertilidad después de que la cadena de clonación estuviera cerca de su fin.

Puntos clave

• Los investigadores realizaron 30.947 intentos de transferencia nuclear y obtuvieron más de 1.200 ratones a partir de una hembra original mediante clonaciones sucesivas.
• La tasa de nacimientos alcanzó un máximo del 15,5% en la generación 26 y luego bajó al 0,6% cerca del final del experimento.
• Los cinco ratones de la generación 58 murieron al día siguiente de nacer, lo que puso fin a la cadena en 2025.
• La línea de clonación acumuló alrededor de tres veces más cambios en letras individuales del ADN por generación que las líneas de comparación mantenidas mediante apareamiento entre hermanos.
• Se acumularon mutaciones dañinas en el ADN y grandes cambios cromosómicos, mientras que las anomalías epigenéticas medidas no empeoraron de forma progresiva.
• La reproducción sexual mejoró la fertilidad de algunos descendientes, aunque persistieron las mutaciones heredadas.