CIÈNCIA
Primer atles del sistema immunitari des dels orígens dels humans
Una recerca del Centre Nacional d’Anàlisi Genòmica conclou que les cèl·lules més adaptades estan a primera línia de defensa contra infeccions
Investigadors del Centre Nacional d’Anàlisi Genòmica (CNAG), del Parc Científic de Barcelona, han publicat el primer atles cel·lular del sistema immunitari que revela com ha evolucionat des dels inicis de la humanitat. Segons detalla el CNAG, el cos humà alberga dos bilions de cèl·lules dedicades exclusivament a defensar-lo contra amenaces externes com virus i bacteris. Aquestes cèl·lules es basen en una arma gairebé infal·lible: l’adaptació mitjançant la selecció natural.
Els patògens exerceixen una pressió tan intensa sobre el sistema immunitari que aquestes cèl·lules han evolucionat contínuament entre les poblacions humanes. Segons l’estudi r publicat a Nature Communications, determinades cèl·lules immunitàries han sofert una gran adaptació des que els humans es van separar dels seus parents evolutius, els primats, fa sis milions d’anys.
Els investigadors del CNAG, en col·laboració amb investigadors de la Universitat d’Arizona, han creat el primer atles d’aquesta adaptacióidentificant els tipus de cèl·lules i els estats crucials per protegir el cos. La immunitat adaptativa, que actua com a segona línia de defensa conservant la memòria dels patògens anteriors, va aparèixer per primera vegada en vertebrats amb mandíbules fa uns 400 milions d’anys. Des de llavors, els gens expressats a les cèl·lules immunitàries han evolucionat per adaptar-se a les constants amenaces de bacteris i virus. Només els gens beneficiosos han persistit al llarg del temps mitjançant la selecció natural darwiniana.
Aquest mapa d’adaptació immune destaca les famílies de cèl·lules immunitàries més adaptades, els gens distintius de les quals són tan antics com la pròpia immunitat adaptativa, però inclouen canvis evolutius recents per combatre les amenaces contemporànies. La supervivència de les poblacions humanes deu molt a la ràpida adaptació d’aquests gens. Com a resultat, el sistema de defensa humà és en gran mesura la suma de mutacions acumulades durant milions d’anys, que abans van ser crucials per combatre malalties com la malària, la pesta negra i, més recentment, la COVID-19.
Segons el doctor Holger Heyn, autor principal de l’estudi i líder del grup de genòmica de cèl·lules úniques al CNAG: “Amb un enfocament totalment basat en dades, mirant tots els tipus de cèl·lules de tots els teixits alhora, vam descobrir que l’adaptació humana es produeix en llocs estratègics d’entrada de patògens. Hem trobat que les cèl·lules immunitàries residents en teixits de barrera són la nostra primera línia de defensa i han estat modelades per reptes externs durant l’evolució humana”.
La investigació es basa en dades del projecte internacional Human Cell Atlas , que té com a objectiu mapejar totes les cèl·lules humanes. Aquest estudi, que forma part de l’Atles de cèl·lules humanes, va analitzar l’expressió gènica en 1,2 milions de cèl·lules immunitàries de diversos òrgans, inclosa la medul·la òssia, el sistema digestiu, el fetge i els pulmons, tant en fase prenatal com adulta. L’equip de Heyn va identificar els gens més distintius en diferents tipus de cèl·lules i va utilitzar un enfocament de genètica de poblacions per integrar les dades genòmiques humanes amb les dels primats més propers als humans. Això els va permetre determinar les taxes d’adaptació dels gens i crear un mapa complet d’adaptació cel·lular. El mapa captura dos moments crítics en l’evolució del sistema immunitari: la seva formació inicial i un estat més avançat modelat per la interacció i la pressió dels patògens.
Les taxes d’adaptació més altes es van trobar en cèl·lules crítiques per mantenir l’equilibri del cos (homeòstasi) i cèl·lules de primera línia en contacte directe amb patògens. Aquests teixits de primera línia serveixen com a barreres naturals contra virus i bacteris invasors. Per exemple, les cèl·lules T de memòria resident (Trm) i les cèl·lules assassines naturals (NK), responsables d’eliminar les infeccions, estan molt adaptades. Aquestes cèl·lules proporcionen respostes immunitàries ràpides per evitar la propagació, la mutació i la reaparició de patògens invasius. Un exemple d’elevades taxes d’adaptació és als pulmons, un punt d’entrada principal per als patògens respiratoris.
Segons el doctor Irepan Salvador-Martínez, primer autor de l’estudi i investigador del CNAG: “Aquest estudi ens ofereix una visió retrospectiva de les forces evolutives que configuren el nostre sistema immunitari. Les troballes són especialment significatives, ja que mostren que les cèl·lules altament adaptades, com les cèl·lules Trm, tenen un paper immune crucial contra els patògens i tenen potencial per al disseny avançat de vacunes”.