El trabajo aprovecha los datos de más de un millón de células embrionarias que abarcan todas las etapas del desarrollo del embrión y representa un avance significativo a múltiples niveles.

Un equipo científico ha logrado, en parte gracias al aprendizaje profundo, construir el mapa unicelular más completo y detallado del desarrollo embrionario hasta la fecha, utilizando la mosca de la fruta como organismo modelo.

Su descripción se publica en la revista Science, en un artículo codirigido por Eileen Furlong, del Laboratorio Europeo de Biología Molecular (EMBL), y Jay Shendure, de la Universidad de Washington.

El trabajo aprovecha los datos de más de un millón de células embrionarias que abarcan todas las etapas del desarrollo del embrión y representa un avance significativo a múltiples niveles, según sus responsables, que señalan que también ayuda a plantearse cuestiones como la forma en que las mutaciones provocan diferentes defectos de desarrollo.

«El mero hecho de capturar la totalidad de la embriogénesis -todas las etapas y todos los tipos de células- para obtener una visión más completa de los estados celulares y los cambios moleculares que acompañan al desarrollo es una hazaña en sí misma», afirma Eileen Furlong.

«Pero lo que realmente me entusiasma es el uso del aprendizaje profundo para obtener una visión continua de los cambios moleculares que impulsan el desarrollo embrionario, hasta el último minuto», manifiesta.

El desarrollo embrionario comienza con la fecundación de un óvulo, seguida de una serie de divisiones y decisiones celulares que dan lugar a un embrión multicelular muy complejo.

Los investigadores llevan más de cien años estudiando el proceso, pero solo en la última década las nuevas tecnologías han permitido identificar los cambios moleculares que acompañan a las transiciones celulares a nivel unicelular, explica un comunicado del EMBL.

Estos estudios unicelulares han suscitado una enorme expectación, ya que han demostrado la complejidad de los tipos de células en los tejidos, identificando incluso nuevos tipos de células, y han revelado sus trayectorias de desarrollo, además de los cambios moleculares subyacentes.

Sin embargo, los intentos de perfilar la totalidad del desarrollo embrionario con una resolución unicelular han estado fuera de alcance debido a los numerosos retos técnicos.

En este sentido, la mosca de la fruta («Drosophila melanogaster»), un organismo modelo preeminente en la investigación básica, tiene algunas ventajas clave a la hora de desarrollar nuevos enfoques.

El desarrollo embrionario de la mosca de la fruta se produce con extrema rapidez; en tan solo veinte horas después de la fecundación se han formado todos los tejidos, incluidos el cerebro, intestino y corazón.

Esto, unido a los numerosos descubrimientos realizados en las moscas de la fruta que han impulsado la comprensión del funcionamiento de los genes y sus productos, animó al equipo a afrontar el reto.

«Nuestro objetivo era obtener una visión continua de todas las etapas de la embriogénesis, para captar toda la dinámica y los cambios a medida que se desarrolla un embrión, no solo a nivel del ARN sino también de los elementos de control que regulan este proceso», explica Stefano Secchia, del grupo de Furlong.

El trabajo actual perfiló la cromatina -combinación de ADN y proteínas que forma los cromosomas- abierta de casi un millón de células y el ARN de medio millón de células, abarcando la totalidad del desarrollo del embrión de la mosca de la fruta.

Utilizando un tipo de inteligencia artificial, los investigadores entrenaron una red neuronal para predecir el tiempo preciso de desarrollo de cada célula.

Este trabajo no solo ayuda a comprender cómo se produce el desarrollo normalmente, sino que también abre la puerta a entender cómo las diferentes mutaciones pueden complicarlo.