Un equipo de la Universidad de Tokio ha integrado casi la totalidad del ADN nuclear de un alga en los cromosomas de células de mamífero. El experimento revela cómo pueden convivir genomas separados por más de mil millones de años de evolución y abre nuevas posibilidades para la biología sintética.
Por Enrique Coperías, periodista científico
Imagen microscópica de la fusión de un alga roja unicelular (Cyanidioschyzon merolae, en verde) con una célula animal, un paso clave para crear las células híbridas planimales. Cortesía: Sachihiro Matsunaga / Universidad de Tokio
Una célula animal puede incorporar casi todo el material genético de un alga, conservarlo en sus cromosomas y transmitirlo a sus descendientes durante más de 150 generaciones. Lo que hasta hace poco parecía una posibilidad remota acaba de convertirse en una realidad experimental. Un equipo internacional de investigadores, encabezado por científicos de la Universidad de Tokio, en Japón, ha conseguido crear células de mamífero que albergan prácticamente la totalidad del genoma nuclear de un alga unicelular. Y lo más sorprendente es que esas células continúan viviendo y dividiéndose, a pesar de transportar una enorme cantidad de ADN procedente de un organismo evolutivamente muy distante.
El logro, que acaba de anunciarse en la revista Nature Communications, supone un avance en la comprensión de cómo los seres vivos pueden incorporar material genético ajeno y transmitirlo de manera estable. Los investigadores han bautizado estas células híbridas como planimales, un término que combina las palabras inglesas plant (planta) y animal (animal).
Ahora bien, hay que insistir en que los científicos no han creado un organismo mitad animal y mitad vegetal, ni células capaces de realizar la fotosíntesis. Lo que han conseguido, que no es poco, es demostrar que los cromosomas de dos organismos extraordinariamente diferentes pueden establecer una asociación duradera dentro del núcleo de una misma célula.
Qué es la transferencia horizontal de genes
La investigación aborda uno de los grandes interrogantes de la biología evolutiva: hasta qué punto pueden atravesarse las barreras genéticas que separan a las especies. Normalmente, los organismos heredan su ADN de sus progenitores mediante la reproducción, un mecanismo conocido como transmisión vertical. Pero existe otra posibilidad, denominada transferencia horizontal de genes, por la que un ser vivo adquiere material genético de otro sin que intervenga la reproducción.
Este fenómeno resulta relativamente frecuente entre las bacterias y explica, por ejemplo, la rápida propagación de algunos genes de resistencia a los antibióticos. En los organismos eucariotas, cuyas células poseen un núcleo que contiene el ADN, también se han documentado intercambios genéticos entre especies. Sin embargo, la incorporación de cromosomas enteros procedentes de organismos muy alejados evolutivamente sigue siendo un fenómeno excepcional y difícil de estudiar.
«Queríamos comprender si cromosomas completos podían cruzar la enorme distancia evolutiva que separa a las algas de los animales y si las células animales podían mantener de forma estable ese material genético extraño y transmitirlo a sus células hijas», explica Sachihiro Matsunaga, profesor del Laboratorio de Biología Integrada de la Universidad de Tokio y principal responsable del estudio.
Un experimento inspirado en el origen evolutivo de la fotosíntesis
La idea tiene un precedente extraordinario en la historia de la vida. Hace más de 1.500 millones de años, una célula eucariota ancestral incorporó una cianobacteria capaz de aprovechar la energía solar. En lugar de destruirla, estableció con ella una relación que, a lo largo de la evolución, dio origen a los cloroplastos, los orgánulos responsables de la fotosíntesis en las algas y las plantas.
Durante aquel proceso, numerosos genes de la bacteria terminaron integrándose en el genoma nuclear de la célula hospedadora. Aquella asociación transformó la evolución de la vida en la Tierra y permitió la aparición de nuevas formas de obtener energía y fabricar materia orgánica.
Inspirados por ese episodio evolutivo, los investigadores japoneses se propusieron averiguar qué sucede cuando una célula animal recibe una cantidad de ADN extraño comparable a un genoma completo.
Cómo consiguieron introducir el genoma de un alga en células animales
Para llevar a cabo el experimento, los científicos eligieron el alga roja microscópica Cyanidioschyzon merolae, conocida como schyzon. De forma alargada, vive en aguas termales muy ácidas, con temperaturas próximas a los 45 °C y un pH de 1,5, y posee uno de los genomas nucleares más pequeños entre los organismos eucariotas fotosintéticos.
Su ADN nuclear está distribuido en veinte cromosomas y contiene aproximadamente 16,5 millones de pares de bases, una cantidad extraordinariamente reducida frente a los miles de millones que caracterizan los genomas de los mamíferos; por ejemplo, el genoma humano contiene aproximadamente 3.200 millones de pares de bases de ADN.
Como células receptoras, los investigadores utilizaron principalmente células de ovario de hámster chino, una línea celular habitual en los laboratorios de biotecnología, y también células humanas procedentes de una línea de fibrosarcoma, un tipo de cáncer poco frecuente que se origina en los tejidos conectivos fibrosos. La elección permitía comprobar si los mecanismos de incorporación y mantenimiento del ADN algal podían funcionar en distintos tipos de células de mamífero.
Los científicos ensayaron dos procedimientos:
✅ El primero consistió en favorecer la fusión de las membranas de las células animales y algales mediante polietilenglicol, una sustancia que facilita la unión de membranas celulares.
✅ El segundo procedimiento trató de reproducir un mecanismo más cercano al que pudo intervenir en el origen de los cloroplastos: la fagocitosis, un proceso por el que una célula rodea con su membrana a otra célula o partícula y la incorpora a su interior.
Ambas estrategias permitieron obtener líneas celulares que conservaban ADN del alga, aunque con diferencias muy acusadas. La fusión resultó cientos de veces más eficaz que la fagocitosis. En experimentos con cantidades equivalentes de células, el primer procedimiento permitió recuperar unas 3.100 colonias resistentes al antibiótico utilizado para seleccionar las células modificadas, frente a menos de cuatro obtenidas, por término medio, con el segundo.
Sachihiro Matsunaga, profesor de la Universidad de Tokio y especialista en biología celular y genética vegetal, encabeza el equipo que ha desarrollado las células híbridas planimales. Cortesía: Sachihiro Matsunaga / Universidad de Tokio
El recorrido del ADN algal hasta el núcleo de un mamífero
Para observar lo que ocurría durante las primeras horas, los investigadores introdujeron marcadores fluorescentes que permitían seguir el desplazamiento del material genético del alga mediante microscopía.
Apenas seis horas después de la fusión detectaron señales asociadas al ADN transferido en el citoplasma de las células animales. A las 24 horas aparecieron señales compatibles con la entrada y actividad del material genético en el entorno nuclear. A las 48 horas, estas señales estaban presentes en todas las células examinadas en esa fase del experimento.
También comprobaron que el proceso parecía depender de la dineína, una proteína motora que transporta materiales por el interior celular a través de los microtúbulos, estructuras que funcionan como vías microscópicas.
Cuando bloquearon la actividad de esta proteína, las señales de llegada del ADN algal al núcleo dejaron de detectarse. El resultado apunta a que la maquinaria de transporte intracelular del mamífero desempeña un papel importante en el desplazamiento del material genético extranjero.
Un genoma casi completo integrado en los cromosomas del hámster
El resultado más sorprendente apareció cuando los investigadores analizaron los genomas de las células híbridas mediante técnicas de secuenciación de ADN y estudios de los cromosomas.
En una línea celular de hámster denominada CHO-Cm7, los investigadores identificaron aproximadamente 16,3 millones de pares de bases de ADN nuclear algal, equivalentes al 98,76 % del genoma original. También encontraron secuencias correspondientes a los veinte cromosomas del alga y conservaron el 99,48 % de sus genes anotados. Algunos cromosomas habían permanecido estructuralmente intactos, mientras que otros aparecían conectados entre sí o reorganizados en grandes fragmentos.
El ADN extraño no permanecía simplemente flotando dentro del núcleo. Los análisis mostraron que estaba físicamente asociado a los cromosomas del hámster, especialmente cerca de uno de los extremos del cromosoma X. En las células humanas, los investigadores también identificaron una unión entre una secuencia cromosómica del alga y un cromosoma humano.
🗣️ «Las plantas y los animales no pueden reproducirse entre sí, por lo que sus cromosomas nunca se combinan mediante el apareamiento. Sin embargo, hemos conseguido crear cromosomas híbridos que contienen material genético tanto de un alga como de un mamífero», destaca Matsunaga en el comunicado de la Universidad de Tokio.
Cómo lograron conservar el ADN algal durante 155 generaciones
La estabilidad del material genético transferido constituye otro de los hallazgos centrales del estudio.
Los científicos continuaron cultivando la línea CHO-Cm7 y siguieron la evolución de su ADN algal hasta la generación celular número 155. Los análisis confirmaron que seguía conservando grandes cantidades de secuencias procedentes del alga.
Lo más sorprendente es que buena parte del ADN del alga siguió presente durante 95 generaciones de división celular, incluso después de retirar el antibiótico utilizado inicialmente para identificar y seleccionar las células híbridas. Esto significa que las células podían conservar ese material genético extraño sin necesidad de mantener esa presión artificial para favorecer su supervivencia.
Sin embargo, no todas las células híbridas se comportaron igual. Algunas fueron perdiendo fragmentos del ADN de Cyanidioschyzon merolae a medida que se dividían, mientras que otras conservaron grandes porciones e incluso multiplicaron determinadas regiones. Los resultados sugieren que la estabilidad del material genético extranjero depende, al menos en parte, de cómo queda integrado y organizado dentro de la célula durante las primeras generaciones.
La epigenética podría explicar cómo una célula animal tolera tanto ADN extraño
Los resultados planteaban una nueva incógnita: ¿cómo consigue una célula animal conservar tanto material genético extraño sin que su funcionamiento se vea gravemente alterado?
Matsunaga y sus colegas encontraron una posible explicación en la epigenética, es decir, en los mecanismos que modifican la actividad de los genes sin alterar las letras que forman su secuencia de ADN.
Cuando analizaron qué genes algales estaban funcionando dentro de las células híbridas, descubrieron que cerca del 96 % de los genes que codifican proteínas no presentaban expresión detectable. En otras palabras, las células conservaban casi todas las instrucciones genéticas del alga, pero mantenían apagada la inmensa mayoría.
Los autores del estudio observaron que el ADN transferido adquiría progresivamente marcas epigenéticas relacionadas con el silenciamiento génico. Entre ellas destacaban la metilación del ADN, que consiste en añadir determinados grupos químicos a la molécula, y modificaciones de las histonas, las proteínas alrededor de las cuales se organiza el material genético.
Matsunaga y sus colegas proponen que este mecanismo funciona como una especie de control epigenético de acceso, denominado epigenetic gatekeeping: la célula hospedadora permite la permanencia de grandes cantidades de ADN extranjero, pero restringe la actividad de muchas de sus instrucciones genéticas.
De esta manera, el material genético del alga podría mantenerse en el núcleo sin interferir excesivamente con el funcionamiento habitual del mamífero.
El papel de DNMT3A: una enzima que ayuda a mantener el ADN extranjero
Para comprobar la importancia de este mecanismo, los científicos realizaron un segundo experimento. Mediante la famosa herramienta de edición genética CRISPR-Cas9, inactivaron el gen responsable de producir la DNMT3A, una enzima que participa en el establecimiento de nuevas marcas de metilación del ADN.
El resultado fue revelador. Las células que carecían de DNMT3A generaron menos colonias híbridas estables y conservaron una proporción significativamente menor del genoma algal que las células de control.
Estos datos respaldan la hipótesis de que la metilación contribuye al mantenimiento del material genético foráneo. Sin embargo, los autores advierten de que todavía no se conoce con precisión cómo interactúan las modificaciones epigenéticas y la organización de los cromosomas para conseguir esa estabilidad.
El descubrimiento introduce una idea especialmente interesante: silenciar el ADN extraño puede favorecer su conservación, en lugar de provocar necesariamente su eliminación.
Los autores describen esta situación mediante el concepto de genomic hitchhiking, que puede traducirse como viaje genómico de polizón. Se refiere a la persistencia de grandes cantidades de material genético dentro de un genoma hospedador sin que resulte evidente que proporcionen una ventaja adaptativa.
Imagen de fluorescencia que muestra ADN de un alga roja (en verde) integrado en los cromosomas de hámster (en azul). Las señales magenta corresponden a secuencias repetitivas del ADN del mamífero. Cortesía: Sachihiro Matsunaga / Universidad de Tokio
Los científicos consiguen reactivar algunos genes del alga
La presencia de ADN algal silenciado plantea una nueva posibilidad: conseguir que determinados genes extranjeros vuelvan a funcionar dentro de las células animales.
Los investigadores dieron un primer paso al tratar las células híbridas con una sustancia que reduce la metilación del ADN. Después analizaron los cambios en la actividad genética. El tratamiento aumentó la actividad de numerosos genes del hámster y de diecinueve genes procedentes del alga. Aunque estos últimos representan una fracción muy pequeña del genoma transferido, el resultado demuestra que algunas de sus instrucciones genéticas pueden reactivarse dentro de una célula animal
El resultado demuestra que algunos genes algales conservan la capacidad de activarse en un entorno celular animal cuando se modifican las condiciones epigenéticas. No significa que esos genes hayan proporcionado nuevas funciones biológicas útiles a las células híbridas. Sin embargo, permite plantear futuras estrategias para activar instrucciones genéticas concretas mediante herramientas de regulación epigenética.
«Nuestro siguiente desafío consiste en activar selectivamente los genes que necesitamos y conseguir que funcionen dentro de las células animales», explica Matsunaga.
El investigador recuerda que el alga utilizada posee un genoma compacto que contiene genes implicados en funciones metabólicas ausentes en las células animales. Su objetivo a largo plazo es conseguir que algunas de esas rutas biológicas puedan funcionar en un entorno celular diferente.
¿Podrían existir células animales capaces de realizar la fotosíntesis?
Entre las aplicaciones futuras destaca una posibilidad particularmente ambiciosa: desarrollar células animales que puedan aprovechar parte de la maquinaria fotosintética de las algas.
🗣️ «Imaginemos células animales capaces de mantener la fotosíntesis durante largos periodos, producir oxígeno y utilizar dióxido de carbono para fabricar compuestos orgánicos útiles», plantea Matsunaga.
La idea resulta fascinante, pero conviene distinguir cuidadosamente las posibilidades teóricas de los resultados conseguidos.
Las células planimales de este estudio no realizan la fotosíntesis. Aunque contienen grandes cantidades de ADN algal, la mayoría de sus genes permanecen inactivos. Además, para conseguir una fotosíntesis funcional y duradera sería necesario incorporar o mantener cloroplastos operativos y coordinar su actividad con el metabolismo de las células animales.
El mismo equipo había dado un paso preliminar en octubre de 2024, cuando consiguió introducir cloroplastos procedentes de algas en células animales cultivadas. En aquel experimento, publicado en Proceedings of the Japan Academy, Series B, los cloroplastos mantuvieron actividad de transporte fotosintético de electrones durante al menos dos días.
Ambas investigaciones abordan obstáculos diferentes de un mismo desafío. Una demuestra que determinados orgánulos fotosintéticos pueden mantener temporalmente su actividad dentro de células animales. La otra revela que esas células pueden incorporar y conservar enormes cantidades de información genética procedente de un alga.
Conseguir que ambos avances se traduzcan en células capaces de aprovechar la energía solar de manera prolongada requerirá nuevas investigaciones.
Qué significa este descubrimiento para la evolución y la biología sintética
La importancia del estudio va más allá de sus posibles aplicaciones tecnológicas.
Hasta ahora, gran parte de lo que se conocía sobre la transferencia horizontal de grandes cantidades de ADN entre organismos eucariotas procedía de comparar genomas actuales y reconstruir acontecimientos ocurridos durante la evolución.
El nuevo trabajo permite observar directamente algunos de los primeros pasos de ese proceso y seguir el destino del material genético transferido durante numerosas generaciones celulares.
También revela que la compatibilidad genética entre organismos diferentes no depende exclusivamente de la secuencia de sus genes. La manera en que el ADN se organiza, se silencia y se relaciona físicamente con los cromosomas del hospedador puede resultar decisiva.
Los resultados podrían contribuir al desarrollo de nuevas herramientas de biología sintética, una disciplina que busca diseñar o modificar sistemas biológicos para incorporar funciones específicas. Entre sus posibles aplicaciones futuras se encuentran la producción de compuestos útiles, el estudio de rutas metabólicas y la construcción de modelos celulares que permitan investigar cómo interactúan genomas de orígenes diferentes.
No obstante, los experimentos se han realizado con líneas celulares cultivadas en laboratorio y mediante procedimientos artificiales que facilitan la incorporación de ADN. No demuestran que transferencias cromosómicas de esta magnitud ocurran habitualmente en la naturaleza ni que puedan reproducirse directamente en organismos completos.
A pesar de estas limitaciones, el hallazgo proporciona una nueva perspectiva sobre las barreras evolutivas. Los científicos han demostrado que una célula animal puede albergar material genético perteneciente a casi todo el genoma nuclear de un alga, integrarlo en su arquitectura cromosómica y conservar una parte considerable durante muchas generaciones.
La naturaleza necesitó millones de años para integrar algunas de las capacidades de antiguos microorganismos en nuevas formas de vida. Ahora, la biología experimental empieza a descubrir cómo pueden establecerse esas asociaciones genéticas y qué mecanismos permiten que perduren. ▪️(13 de noviembre de 2026)
Células «planimales»: las claves de un experimento que une el ADN de algas y animales
¿Cómo han conseguido los científicos integrar casi todo el genoma de un alga en células de mamífero? ¿Podrían llegar a realizar la fotosíntesis? Resolvemos las principales dudas sobre este avance de la ingeniería genética.
¿Qué es una célula «planimal»?
Es una célula animal modificada experimentalmente para incorporar ADN procedente de un organismo fotosintético, como un alga. En el estudio de la Universidad de Tokio, algunas células de mamífero conservaron prácticamente todo el genoma nuclear de un alga roja, aunque la mayoría de sus genes permanecieron inactivos.
¿Qué alga utilizaron los investigadores?
Utilizaron Cyanidioschyzon merolae, un alga roja unicelular conocida como schyzon, que posee un genoma nuclear extraordinariamente compacto, de aproximadamente 16,5 millones de pares de bases distribuidos en 20 cromosomas.
¿Cuánto ADN del alga consiguieron conservar?
En una línea celular de hámster identificaron aproximadamente 16,3 millones de pares de bases de ADN algal, equivalentes al 98,76 % de su genoma nuclear. El material incluía secuencias de todos los cromosomas del alga.
¿Las células híbridas pueden realizar la fotosíntesis?
No. El experimento demuestra la integración y conservación de ADN algal, pero no la aparición de una fotosíntesis funcional. Conseguir células animales fotosintéticas requeriría también cloroplastos operativos y una integración metabólica mucho más compleja.
¿Por qué el ADN algal no desaparece después de tantas divisiones?
Los resultados sugieren que las modificaciones epigenéticas, especialmente la metilación del ADN y el silenciamiento de genes, contribuyen a su estabilidad. La enzima DNMT3A parece desempeñar un papel importante en este proceso, aunque todavía quedan mecanismos por esclarecer.
¿Qué aplicaciones podría tener el descubrimiento?
A largo plazo, podría facilitar el diseño de células con nuevas capacidades metabólicas, el estudio de la transferencia horizontal de genes y el desarrollo de herramientas de biología sintética. Estas aplicaciones siguen siendo posibilidades futuras y no resultados demostrados por el experimento.
Fuente científica: Nature Communications (2026). Consultar el estudio original.
Información facilitada por la Graduate School of Frontier Sciences
Fuente: Aoki, R., Nishihara, H., Sakamoto, T. et al. Epigenetic gatekeeping enables genome-scale horizontal gene transfer in eukaryotic cells. Nature Communications (2026). DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-026-78753-w
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