Un revolucionario enfoque mapea la conectividad neuronal del cerebro
25/10/2012 - E.P.
El método BOINC promete ser mucho más rápido y barato que los enfoques basados en microscopía electrónica
Un equipo de neurocientíficos del laboratorio Cold Spring Harbor (Nueva York) ha propuesto una nueva y revolucionaria forma de determinar el potencial de conectividad neuronal (el 'conectoma') de todo el cerebro del ratón, en un ensayo publicado en la revista PLoS Biology.
El equipo, dirigido por el profesor Anthony Zador, tiene como objetivo proporcionar una descripción completa de la conectividad neuronal. En la actualidad, el único método para la obtención de esta información con alta precisión se basa en el examen de la sinapsis de cada célula por microscopía electrónica; pero el método es lento, caro y requiere mucho trabajo.
Ahora, Zador y sus colaboradores han propuesto una secuenciación de ADN de alto rendimiento para probar la conectividad de los circuitos neuronales a la misma resolución que la de las neuronas individuales. Según el investigador, "nos proponemos hacerlo a través de un proceso que estamos desarrollando, llamado BOINC: el código de barras de cada una de las conexiones neuronales".
La propuesta llega en un momento en el que varios equipos científicos en Estados Unidos están progresando en sus esfuerzos para mapear las conexiones del el cerebro en los mamíferos. Estos estudios utilizan inyecciones de colorantes trazadores o virus para mapear la conectividad neuronal a escala mesoscópica, una resolución de rango medio que hace posible seguir las fibras neuronales entre regiones del cerebro.
Sin embargo, el equipo de Zador quiere trazar la conectividad más allá de la mencionada escala mesoscópica, a nivel de los contactos sinápticos entre pares de neuronas individuales. La técnica del código de barras BOINC podrá, según señala Zador, proporcionar una visión inmediata de los procesos que realiza un circuito.
El método BOINC consta de tres pasos. En primer lugar, cada neurona se etiqueta con un código de barras de ADN específico, un código de barras formado por sólo 20 'letras' de ADN al azar puede etiquetar un billón de neuronas, muchas más que las que existen en el cerebro del ratón.
El segundo paso se centra en las neuronas que están conectadas sinápticamente y sus asociados de códigos de barras respectivos. Esto se consigue mediante un virus, como el virus de la pseudorrabia , que puede mover el material genético a través de las sinapsis. "Para compartir los códigos de barras a través de las sinapsis, el virus debe ser diseñado para llevar el código de barras dentro de su propia secuencia genética", explica Zador, "después de que el virus se propague a través de las sinapsis, cada neurona termina con una bolsa de códigos de barras, que incluye su propio código y los de sus parejas sinápticamente acopladas".
El tercer paso del método consiste en la unión de los códigos de barras de las neuronas conectadas sinápticamente para crear piezas individuales de ADN, que luego pueden ser leídos a través de métodos de alto rendimiento de secuenciación. Estas secuencias de doble código de barras se pueden analizar computacionalmente para revelar el diagrama de cableado sináptico del cerebro.
En conjunto, afirma Zador, si BOINC pasa la fase de pruebas, ofrecerá un medio de bajo costo y rápido para mapear un conectoma, incluso el de los complejos cerebros de los mamíferos.
El equipo, dirigido por el profesor Anthony Zador, tiene como objetivo proporcionar una descripción completa de la conectividad neuronal. En la actualidad, el único método para la obtención de esta información con alta precisión se basa en el examen de la sinapsis de cada célula por microscopía electrónica; pero el método es lento, caro y requiere mucho trabajo.
Ahora, Zador y sus colaboradores han propuesto una secuenciación de ADN de alto rendimiento para probar la conectividad de los circuitos neuronales a la misma resolución que la de las neuronas individuales. Según el investigador, "nos proponemos hacerlo a través de un proceso que estamos desarrollando, llamado BOINC: el código de barras de cada una de las conexiones neuronales".
La propuesta llega en un momento en el que varios equipos científicos en Estados Unidos están progresando en sus esfuerzos para mapear las conexiones del el cerebro en los mamíferos. Estos estudios utilizan inyecciones de colorantes trazadores o virus para mapear la conectividad neuronal a escala mesoscópica, una resolución de rango medio que hace posible seguir las fibras neuronales entre regiones del cerebro.
Sin embargo, el equipo de Zador quiere trazar la conectividad más allá de la mencionada escala mesoscópica, a nivel de los contactos sinápticos entre pares de neuronas individuales. La técnica del código de barras BOINC podrá, según señala Zador, proporcionar una visión inmediata de los procesos que realiza un circuito.
El método BOINC consta de tres pasos. En primer lugar, cada neurona se etiqueta con un código de barras de ADN específico, un código de barras formado por sólo 20 'letras' de ADN al azar puede etiquetar un billón de neuronas, muchas más que las que existen en el cerebro del ratón.
El segundo paso se centra en las neuronas que están conectadas sinápticamente y sus asociados de códigos de barras respectivos. Esto se consigue mediante un virus, como el virus de la pseudorrabia , que puede mover el material genético a través de las sinapsis. "Para compartir los códigos de barras a través de las sinapsis, el virus debe ser diseñado para llevar el código de barras dentro de su propia secuencia genética", explica Zador, "después de que el virus se propague a través de las sinapsis, cada neurona termina con una bolsa de códigos de barras, que incluye su propio código y los de sus parejas sinápticamente acopladas".
El tercer paso del método consiste en la unión de los códigos de barras de las neuronas conectadas sinápticamente para crear piezas individuales de ADN, que luego pueden ser leídos a través de métodos de alto rendimiento de secuenciación. Estas secuencias de doble código de barras se pueden analizar computacionalmente para revelar el diagrama de cableado sináptico del cerebro.
En conjunto, afirma Zador, si BOINC pasa la fase de pruebas, ofrecerá un medio de bajo costo y rápido para mapear un conectoma, incluso el de los complejos cerebros de los mamíferos.
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