Un genoma de alga encuentra un lugar en células animales
Investigadores japoneses han creado células híbridas que conservan un genoma completo de alga dentro de células de mamífero, lo que acerca una idea ambiciosa: dotar a las células animales de algunas capacidades útiles de las plantas. Según un comunicado de una universidad, las células siguieron dividiéndose durante más de 150 generaciones, pero no pudieron realizar la fotosíntesis.
Contenido
- Un genoma de alga encuentra un lugar en células animales
- Por qué se eligió esta pequeña alga
- Cómo unió el equipo las células
- La fusión funcionó mucho mejor que la ingestión de algas
- ¿Cuánto ADN del alga sobrevivió?
- Los cromosomas ajenos se convirtieron en residentes duraderos
- El silenciamiento ayudó a conservar el ADN ajeno
- Por qué aún no hay fotosíntesis
- Qué podría cambiar para la alimentación y la medicina
- Puntos clave
La investigación, publicada el 12 de noviembre de 2026 en Nature Communications, combinó una pequeña alga roja llamada Cyanidioschyzon merolae con células de hámsteres chinos y de seres humanos. En el híbrido de hámster más completo, la secuenciación detectó material que cubría el 100% del genoma del alga. Sin embargo, más del 95% de los genes transferidos del alga estaban inactivos.
El equipo incluyó investigadores de la Universidad de Tokio, el Instituto de Ciencia de Tokio y la Universidad Kindai. Su estudio en Nature Communications, titulado Epigenetic gatekeeping enables genome-scale horizontal gene transfer in eukaryotic cells, describe cómo las células animales pueden albergar grandes cantidades de ADN ajeno al marcarlo químicamente y suprimir su actividad.
El hallazgo vincula dos desafíos que los investigadores deben abordar ahora de manera conjunta. Las células animales deben conservar las instrucciones genéticas importadas a través de divisiones repetidas. También deben activar instrucciones específicas para que esos genes realicen funciones útiles.
El equipo llama a los híbridos células planimales, una combinación de las palabras planta y animal. Sachihiro Matsunaga, profesor de la Universidad de Tokio, propuso el concepto en 2018. Entre sus posibles aplicaciones están las células que producen oxígeno, medicamentos o ingredientes alimentarios con ayuda de la luz. El logro inmediato es una combinación genética estable: los cloroplastos del alga, las estructuras que realizan la fotosíntesis, se desintegraron durante la fusión.
Por qué se eligió esta pequeña alga
Cyanidioschyzon merolae, también llamada schyzon, fue descubierta en aguas termales ácidas de Italia. No tiene pared celular, lo que la convierte en una candidata práctica para un experimento que requiere fusionar membranas celulares.
Schyzon también tiene un genoma inusualmente compacto para un organismo capaz de realizar la fotosíntesis. Su ADN nuclear contiene aproximadamente 16,5 millones de pares de bases, las unidades químicas emparejadas que codifican la información genética. El genoma de mamífero utilizado como comparación en el artículo contiene unos 2.400 millones de pares de bases, alrededor de 145 veces más.
Los investigadores utilizaron células de ovario de hámster chino, específicamente la línea CHO-K1, y células humanas HT-1080. Las células CHO ya se utilizan en la producción farmacéutica. HT-1080 es una línea celular de laboratorio derivada de un cáncer humano del tejido conjuntivo.
Los dos tipos de células receptoras permitieron al equipo examinar cómo distintas células de mamífero procesaban el mismo material genético ajeno. Las células de hámster conservaron porciones más grandes del genoma del alga que las células humanas.
Cómo unió el equipo las células
Los investigadores utilizaron polietilenglicol, una sustancia química que ayuda a fusionar las membranas celulares. Las células de mamífero del experimento medían unos 50 micrómetros de diámetro, frente a unos cinco micrómetros en el caso de schyzon. Por tanto, cada célula de mamífero podía fusionarse con dos o más células del alga.
Las algas tenían marcadores genéticos modificados. Algunos producían señales fluorescentes que permitían al equipo seguir el ADN dentro de células vivas. Otros conferían resistencia al antibiótico blasticidina, lo que ayudaba a los investigadores a identificar y cultivar colonias de células de mamífero que habían adquirido el ADN marcado del alga.
Las señales fluorescentes aparecieron en el citoplasma de las células de mamífero, el espacio que rodea el núcleo, tan pronto como seis horas después de la fusión. Las señales que indicaban actividad del gen reportero transferido dentro del núcleo de las células de mamífero pudieron detectarse alrededor de las 24 horas.
Las observaciones siguieron una breve secuencia:
- 2018: Matsunaga propuso el concepto de célula planimal.
- Seis horas después de la fusión experimental: se detectaron señales fluorescentes en el citoplasma de las 19 células examinadas.
- 24 horas después de la fusión: se detectaron señales del gen reportero en el núcleo de 13 de las 21 células examinadas.
- 48 horas después de la fusión: las 19 células examinadas en esa etapa mostraron señales claras del gen reportero en el núcleo.
- 12 de noviembre de 2026: se publicaron el estudio y el comunicado institucional.
La fusión funcionó mucho mejor que la ingestión de algas
El equipo también probó si las células de mamífero podían adquirir ADN del alga al incorporar algas intactas, un proceso llamado fagocitosis. En términos sencillos, la célula receptora engloba material de su entorno.
Ambos métodos produjeron colonias resistentes a la blasticidina, pero el rendimiento fue muy distinto. Por cada 12 millones de células, la ingestión produjo un promedio de 3,7 colonias resistentes, frente a 3.098,7 tras la fusión celular. Según esas cifras, la fusión produjo alrededor de 837 veces más colonias resistentes.
Por ello, los investigadores utilizaron la fusión en los experimentos detallados posteriores. Los resultados de la ingestión también fueron útiles desde el punto de vista científico, porque ofrecieron una vía de laboratorio para estudiar cómo el ADN de un organismo incorporado a otra célula puede heredarse en la célula receptora.
El desplazamiento hacia el núcleo también fue importante. Cuando los investigadores inhibieron la dineína, una proteína motora que transporta material por el interior de las células, el material fluorescente permaneció en el citoplasma durante 48 horas y no apareció la señal del gen reportero en el núcleo. Los hallazgos sugieren que la maquinaria de transporte de la célula receptora ayuda a llevar el ADN ajeno hacia su núcleo.
¿Cuánto ADN del alga sobrevivió?
Los investigadores establecieron 18 líneas estables derivadas de células de hámster y 13 de células humanas. Una línea celular es una población descendiente de células que puede mantenerse y estudiarse en el laboratorio. Las líneas humanas se obtuvieron mediante fusión; las de hámster incluyeron experimentos tanto de fusión como de ingestión.
La secuenciación del genoma en la generación 20 mostró diferencias sustanciales entre los métodos y los tipos de célula receptora. Las líneas de hámster obtenidas mediante ingestión conservaron hasta el 48,9% del genoma del alga, con un promedio del 30,2%. Las líneas de hámster obtenidas mediante fusión conservaron hasta el 100%, con un promedio del 55,8%.
Las líneas humanas obtenidas mediante fusión conservaron hasta el 66% del genoma del alga, con un promedio del 14,9%. Por tanto, el resultado de un genoma completo correspondió a una línea específica de hámster, denominada CHO-Cm7.
Una reconstrucción detallada de CHO-Cm7 recuperó 16,3 millones de pares de bases de secuencia del alga, lo que representa el 98,76% del genoma de referencia y 5.345 genes del alga anotados. La cifra del 100% se refiere a la cobertura cuando las lecturas de secuenciación se compararon con el genoma de referencia; la cifra del 98,76% corresponde a la secuencia recuperada en el genoma reconstruido.
Los cromosomas ajenos se convirtieron en residentes duraderos
El ADN transferido incluía grandes segmentos cromosómicos y cromosomas intactos del alga. Los cromosomas son estructuras que contienen ADN y que las células copian y distribuyen cuando se dividen. Seis cromosomas del alga permanecieron como regiones continuas y sin fragmentar en la reconstrucción detallada del genoma del hámster.
Las imágenes microscópicas situaron gran parte del ADN del alga cerca del extremo del brazo corto de un cromosoma X del hámster. Otros análisis detectaron cromosomas del alga unidos a través de telómeros, las secuencias repetidas de ADN situadas en los extremos de los cromosomas. En una línea híbrida humana, el equipo confirmó una unión entre ADN del alga y un cromosoma humano mediante varios métodos de secuenciación.
El comunicado de investigación de la Universidad Kindai indica que las células híbridas se dividieron durante más de 150 generaciones y conservaron el ADN del alga. El artículo también describe la persistencia durante 95 generaciones sin selección mediante antibióticos. Este último experimento evaluó si el ADN ajeno se mantendría cuando las células ya no necesitaran el marcador de resistencia insertado para sobrevivir al antibiótico.
Los investigadores cuentan estas generaciones como divisiones celulares, no como transferencias entre recipientes de cultivo. Esta persistencia es importante porque las células modificadas con fines útiles deben transmitir su nuevo material genético a las células hijas a medida que se multiplican.
El silenciamiento ayudó a conservar el ADN ajeno
Según el comunicado institucional, más del 95% de los genes del alga estaban inactivos dentro de las células híbridas. Las células de mamífero receptoras añadieron marcas químicas al ADN importado y lo compactaron en un estado asociado a una menor actividad genética.
La metilación del ADN es uno de esos procesos de marcado. Consiste en añadir pequeños grupos químicos al ADN sin cambiar el orden de sus unidades genéticas. Estas marcas pueden ayudar a controlar si se utilizan las instrucciones de un gen.
El ADN compactado formó heterocromatina, una estructura muy compacta de ADN y proteínas asociadas. Una comparación útil es una colección de libros de instrucciones guardados con la mayoría de sus páginas cerradas: la información sigue presente, pero su acceso está restringido.
Cuando el equipo utilizó células de hámster que carecían de una enzima responsable de añadir nuevas marcas de metilación, los híbridos estables se formaron con menor eficiencia y el ADN transferido del alga se perdió con mayor facilidad. Los investigadores llaman a este proceso de alojamiento y restricción control epigenético. Este constituye el hallazgo central del estudio: la maquinaria que silencia los genes ajenos también ayuda a la célula receptora a conservarlos.
Por qué aún no hay fotosíntesis
Las células híbridas conservaron información genética del alga, pero sus cloroplastos se desintegraron durante la fusión. La fotosíntesis requiere cloroplastos funcionales y la actividad coordinada de los genes que los sustentan. En las nuevas células, se perdieron los cloroplastos y la mayoría de los genes del alga quedaron inactivos.
Los cloroplastos utilizan la luz para impulsar reacciones que liberan oxígeno del agua y ayudan a convertir el dióxido de carbono en carbohidratos, incluidos los azúcares. Estos carbohidratos almacenan energía que las células pueden utilizar.
El equipo de Matsunaga había introducido anteriormente cloroplastos de schyzon en células de hámster en condiciones de cultivo especiales. Se detectaron reacciones fotosintéticas iniciales, pero fue difícil mantener el sistema a través de divisiones celulares repetidas. Esa experiencia ayudó a motivar el intento de transferir también el genoma del alga.
Matsunaga, profesor de la Escuela de Posgrado de Ciencias de Frontera de la Universidad de Tokio, describió el siguiente objetivo en unos comentarios traducidos del japonés:
A continuación, queremos introducir cloroplastos y lograr que los genes de schyzon también funcionen, para que la fotosíntesis produzca oxígeno.
El comunicado institucional indica que los investigadores planean desarrollar métodos para activar selectivamente genes relacionados con la fotosíntesis o la producción de sustancias útiles. El desafío técnico consiste en preservar la estabilidad lograda mediante la supresión genética y, al mismo tiempo, permitir que funcionen las funciones elegidas.
Qué podría cambiar para la alimentación y la medicina
La carne cultivada es una posible aplicación. Las células animales cultivadas para producir alimentos necesitan nutrientes y oxígeno. Si los investigadores pudieran dotar a esas células de una fotosíntesis sostenida, quizá las células podrían producir por sí mismas algunas sustancias útiles u oxígeno y reducir potencialmente parte de los insumos necesarios para mantener el crecimiento de un cultivo.
La producción farmacéutica es otro uso propuesto, especialmente porque las células CHO ya se utilizan como fábricas de medicamentos y proteínas útiles. El comunicado institucional también plantea la posibilidad de obtener células humanas terapéuticas que produzcan oxígeno en entornos donde este escasea, y células animales que capturen dióxido de carbono.
Estas aplicaciones dependen de experimentos futuros. No se anunció ningún plazo para lograr una fotosíntesis sostenida, producir alimentos o desarrollar un tratamiento. El estudio informa sobre la transferencia, conservación y regulación del ADN; los beneficios de producción propuestos siguen siendo objetivos para trabajos futuros.
La investigación también ofrece un enfoque distinto para la ingeniería celular. En lugar de introducir genes seleccionados uno por uno, los científicos podrían transferir primero un gran conjunto de instrucciones genéticas y luego activar las funciones que necesitan. La pregunta inmediata es qué genes del alga pueden activarse mientras las células híbridas siguen creciendo de forma fiable.
Puntos clave
- Un equipo japonés fusionó algas rojas con células de laboratorio de hámster y humanas, y creó híbridos que conservaron grandes cantidades de ADN del alga.
- Una línea de hámster conservó material que cubría el genoma completo del alga; las líneas humanas conservaron hasta el 66%.
- El comunicado institucional informa de más de 150 generaciones de divisiones. El artículo también describe la persistencia del ADN durante 95 generaciones sin selección mediante antibióticos.
- Más del 95% de los genes del alga estaban inactivos, y la metilación del ADN ayudó a las células a albergar el material genético ajeno.
- Los híbridos no pudieron realizar la fotosíntesis porque los cloroplastos se desintegraron y la mayoría de los genes del alga permanecieron inactivos.
- La producción de oxígeno, la carne cultivada y la fabricación de productos farmacéuticos son aplicaciones propuestas; no se anunció ningún plazo de desarrollo.
