Investigadors del Centre Nacional d’Anàlisi Genòmica (CNAG), amb seu al Parc Científic de Barcelona, reconstrueixen 6 milions d’anys d’evolució del sistema immunitari humà amb l’elaboració del primer atles d’adaptació cel·lular del sistema immunitari de l’ésser humà, des que es va separar del ximpanzé fa 6 milions d’anys. La recerca, publicada en la revista Nature Communications, demostra que dins de les cèl·lules immunitàries més adaptades trobem aquelles que resideixen en els teixits situats en primera línia de defensa contra les infeccions, com succeeix en el pulmó, que és la porta d’entrada dels patògens respiratoris.

El sistema immunitari humà compta amb dos bilions de cèl·lules dedicades a defensar l’organisme mitjançant l’adaptació per selecció natural. No obstant això, la pressió constant que exerceixen els patògens, com virus i bacteris, ha impulsat l’evolució d’aquestes cèl·lules al llarg del temps, gràcies a canvis en els gens que regulen la seva funció. Ara, un nou estudi liderat per investigadors del CNAG, amb la participació d’investigadors de la Universitat d’Arizona, han elaborat el primer atles d’adaptació cel·lular del sistema immunitari de l’ésser humà, identificant els diferents tipus i estats cel·lulars que han jugat un paper indispensable en la protecció de l’organisme fins a l’actualitat.

La immunitat adaptativa, que actua com una segona línia de defensa gràcies al fet que guarda en la seva memòria informació sobre patògens previs, va aparèixer al mateix temps que les primeres espècies vertebrades amb mandíbules, fa aproximadament 400 milions d’anys. Des de llavors, els gens de les cèl·lules immunitàries de les diferents espècies han anat evolucionant, per a adaptar-se a les constants amenaces de bacteris i virus als quals han estat exposats. Només aquells gens que han continuat aportant un benefici han sobreviscut en el temps, mitjançant una selecció natural al més pur estil darwinià.

Aquest primer atles cel·lular d’adaptació del nostre sistema immunitari constitueix una peça fonamental per a conèixer més en profunditat com el cos humà es defensa davant virus i bacteris. El mapa presentat pel CNAG recull les famílies de cèl·lules més adaptades, els gens distintius de les quals són tan antics com la immunitat adaptativa, però amb canvis evolutivament recents que els permeten lluitar contra les amenaces més contemporànies. La supervivència de les poblacions humanes ha estat en gran part possible per l’elevada taxa d’adaptació que sofreixen aquests gens. D’aquesta manera, el sistema de defensa del cos humà és, en gran manera, la suma de les mutacions en els gens acumulats durant milions d’anys, que en el seu moment van ser crucials per a vèncer malalties com la malària o la pesta negra, i que més recentment ho han fet amb el covid.

Segons el Dr. Holger Heyn, autor sènior de l’estudi i Cap del Grup de Cèl·lula Única al CNAG “Amb un enfocament completament basat en dades, analitzant tots els tipus cel·lulars en tots els teixits simultàniament, descobrim que la major adaptació humana ocorre en llocs estratègics de l’organisme, a la porta d’entrada dels patògens. Trobem que les cèl·lules immunitàries residents en els teixits barrera són la nostra primera línia de defensa i han estat modelades pels desafiaments externs durant la nostra evolució com a espècie”.

Les cèl·lules immunitàries més adaptades, situades en primera línia de defensa

La recerca s’ha basat en les dades transcriptòmiques facilitades pel projecte internacional Human Cell Atles, l’objectiu del qual és obtenir el mapa de totes les cèl·lules del cos humà. Per a l’estudi del CNAG, s’ha analitzat l’expressió dels gens en 1,2 milions de cèl·lules immunitàries de diferents òrgans com la medul·la òssia, el sistema digestiu, el fetge o els pulmons, tant en l’etapa prenatal com en persones adultes.

D’aquesta manera, l’equip del Dr. Heyn ha pogut identificar els gens més distintius en els diferents tipus cel·lulars i, usant una aproximació de genètica de poblacions (integrant informació genòmica de diferents poblacions humanes amb informació genòmica dels primats evolutivament més pròxims als humans), han pogut determinar l’adaptació que han sofert aquests gens. Això els ha permès elaborar un mapa exhaustiu de l’adaptació cel·lular, capturant dos moments clau del sistema de defensa humà: la seva etapa inicial, on comença a formar-se, i un estat més avançat, modelat per la interacció i pressió dels patògens.

En aquesta radiografia evolutiva de la immunitat de l’ésser humà, les majors taxes d’adaptació s’han trobat tant en les cèl·lules que juguen un paper clau en l’homeòstasi de l’organisme, amb funcions de manteniment i equilibri del sistema, com en la primera línia de batalla, principalment en aquells teixits que estan en contacte directe amb els patògens. Aquests teixits representen una frontera natural per on entren els virus i bacteris a l’organisme, i és justament aquí on es produeix una pressió evolutiva tan elevada que les cèl·lules immunitàries, com les cèl·lules T de memòria residents (Trm) o les cèl·lules NK (Natural Killer, destinades a eliminar infeccions), estan abocades a adaptar-se per a defensar l’organisme.

Segons el Dr. Irepan Salvador-Martínez, primer autor i investigador del CNAG “Aquest estudi ens ha permès tenir una visió retrospectiva de les forces evolutives que han forjat el nostre sistema immune, i els resultats cobren una rellevància especial en demostrar que les cèl·lules que han tingut una taxa d’adaptació major, com són les cèl·lules T residents (Trm), són ara reconegudes pel seu rol immunitari davant els patògens i per tenir el potencial de ser explotades en el disseny de vacunes”.

» Article de referència: Salvador-Martínez, I., Murga-Moreno, J., Nieto, J.C. et al. Adaptation in human immune cells residing in tissues at the frontline of infections. Nat Commun 15, 10329 (2024) doi: 10.1038/s41467-024-54603-5

» Enllaç a la notícia: web del CNAG [+]