Investigadores del Centro Nacional de Análisis Genómico (CNAG), con sede al Parque Científico de Barcelona, reconstruyen 6 millones de años de evolución del sistema inmunitario humano con la elaboración del primer atlas de adaptación celular del sistema inmunitario del ser humano, desde que se separó del chimpancé hace 6 millones de años. La investigación, publicada en la revista Nature Communications, demuestra que dentro de las células inmunitarias más adaptadas encontramos aquellas que residen en los tejidos situados en primera línea de defensa contra las infecciones, como sucede en el pulmón, que es la puerta de entrada de los patógenos respiratorios.

El sistema inmunitario humano cuenta con dos billones de células dedicadas a defender el organismo mediante la adaptación por selección natural. Sin embargo, la presión constante que ejercen los patógenos, como virus y bacterias, ha impulsado la evolución de estas células a lo largo del tiempo, gracias a cambios en los genes que regulan su función. Ahora, un nuevo estudio liderado por investigadores del CNAG, con la participación de investigadores de la Universidad de Arizona, han elaborado el primer atlas de adaptación celular del sistema inmunitario del ser humano, identificando los diferentes tipos y estados celulares que han jugado un papel indispensable en la protección del organismo hasta la actualidad.

La inmunidad adaptativa, que actúa como una segunda línea de defensa gracias al hecho que guarda en su memoria información sobre patógenos previos, apareció al mismo tiempo que las primeras especies vertebradas con mandíbulas, hace aproximadamente 400 millones de años. Desde entonces, los genes de las células inmunitarias de las diferentes especies han ido evolucionando, para adaptarse a las constantes amenazas de bacterias y virus a los cuales han sido expuestos. Solo aquellos genes que han continuado aportando un beneficio han sobrevivido en el tiempo, mediante una selección natural al más puro estilo darwiniano.

Este primer atlas celular de adaptación de nuestro sistema inmunitario constituye una pieza fundamental para conocer más en profundidad como el cuerpo humano se defiende ante virus y bacterias. El mapa presentado por el CNAG recoge las familias de células más adaptadas, los genes distintivos de las cuales son tan antiguos como la inmunidad adaptativa, pero con cambios evolutivamente recientes que los permiten luchar contra las amenazas más contemporáneas. La supervivencia de las poblaciones humanas ha estado en gran parte posible por la elevada tasa de adaptación que sufren estos genes. De este modo, el sistema de defensa del cuerpo humano es, en gran medida, la suma de las mutaciones en los genes acumulados durante millones de años, que en su momento fueron cruciales para vencer enfermedades como la malaria o la peste negra, y que más recientemente lo han hecho con el covid.

Según el Dr. Holger Heyn, autor sénior del estudio y Jefe del Grupo de Célula Única al CNAG: “Con un enfoque completamente basado en datos, analizando todos los tipos celulares en todos los tejidos simultáneamente, descubrimos que la mayor adaptación humana ocurre en lugares estratégicos del organismo, a la puerta de entrada de los patógenos. Encontramos que las células inmunitarias residentes en los tejidos barrera son nuestra primera línea de defensa y han sido modeladas por los desafíos externos durante nuestra evolución como especie”.

Las células inmunitarias más adaptadas, situadas en primera línea de defensa

La investigación se ha basado en los datos transcriptómicos facilitadas por el proyecto internacional Human Cell Atlas, el objetivo del cual es obtener el mapa de todas las células del cuerpo humano. Para el estudio del CNAG, se ha analizado la expresión de los genes en 1,2 millones de células inmunitarias de diferentes órganos como la médula ósea, el sistema digestivo, el hígado o los pulmones, tanto en la etapa prenatal como personas adultas.

De este modo, el equipo del Dr. Heyn ha podido identificar los genes más distintivos en los diferentes tipos celulares y, usando una aproximación de genética de poblaciones (integrante información genómica de diferentes poblaciones humanas con información genómica de los primates evolutivamente más próximos a los humanos), han podido determinar la adaptación que han sufrido estos genes. Esto los ha permitido elaborar un mapa exhaustivo de la adaptación celular, capturando dos momentos clave del sistema de defensa humano: su etapa inicial, donde empieza a formarse, y un estado más avanzado, modelado por la interacción y presión de los patógenos.

En esta radiografía evolutiva de la inmunidad del ser humano, las mayores tasas de adaptación se han encontrado tanto en las células que juegan un papel clave en la homeostasis del organismo, con funciones de mantenimiento y equilibrio del sistema, como en la primera línea de batalla, principalmente en aquellos tejidos que están en contacto directo con los patógenos. Estos tejidos representan una frontera natural por donde entran los virus y bacterias al organismo, y es justamente aquí donde se produce una presión evolutiva tan elevada que las células inmunitarias, como las células T de memoria residentes (Trm) o las células NK (Natural Killer, destinadas a eliminar infecciones), están abocadas a adaptarse para defender el organismo.

Según el Dr. Irepan Salvador-Martínez, primer autor e investigador del CNAG “Este estudio nos ha permitido tener una visión retrospectiva de las fuerzas evolutivas que han forjado nuestro sistema inmune, y los resultados cobran una relevancia especial al demostrar que las células que han tenido una tasa de adaptación mayor, como son las células T residentes (Trm), son ahora reconocidas por su rol inmunitario ante los patógenos y para tener el potencial de ser explotadas en el diseño de vacunas”.

» Artículo de referencia: 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

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