Atlas de células humanas: se abre la puerta a un nuevo mundo
Un consorcio de 2.300 científicos de 83 países sorprendió al mundo con la publicación del Atlas Celular, un esfuerzo titánico para comprender uno de los componentes básicos del ser humano. Inicia otro gran viaje para la ciencia que servirá, entre otras cosas, para diagnosticar mejor las enfermedades.
César Giraldo Zuluaga
A mediados del siglo XVII, Robert Hooke, un microscopista inglés, tenía una duda que, aunque en apariencia sencilla o banal, condujo al “descubrimiento” del componente básico de todos los seres vivos. La pregunta que trasnochaba a Hooke, como recuerda Gerald Karp en su libro Biología celular y molecular, era por qué los tapones de corcho servían para mantener el aire dentro de las botellas de vino.
Un día, para resolverla, Hooke tomó un cuchillo, cortó el corcho hecho de corteza de alcornoque y lo examinó con uno de los microscopios que había fabricado. “Me pareció percibir que tenía una apariencia porosa muy parecida a un panal de abejas”, escribió. Esos poros, que llamó “celdillas”, en realidad correspondían a “paredes vacías de un tejido muerto, paredes que originalmente fueron producidas por las células vivas que la rodeaban”, comenta Karp. Es decir, Hooke observó y describió por primera vez las células. La semana pasada, cuatro siglos después de esa primera observación, un consorcio de científicos publicó el Atlas Celular Humano (HCA, por su sigla en inglés) más completo que se tiene hasta la fecha.
Lo presentaron con tres investigaciones publicadas en la más reciente edición de la revista Science. El consorcio que coordinó ese trabajo fue creado en 2016 con un objetivo: “Cartografiar todos los tipos de células del cuerpo humano, tanto para comprender la salud humana como para diagnosticar, vigilar y tratar las enfermedades”, dice la doctora Cecilia Domínguez Conde a El Espectador.
Conde es la autora principal de uno de esos artículos y trabaja en el Wellcome Sanger Institute, uno de los cofundadores del HCA. Allí integra el Grupo Teichmann, donde realiza su estancia posdoctoral, al tiempo que lidera Human Technopole, un instituto de investigación médica ubicado en Milán. En resumen, los trabajos analizaron más de un millón de células, una por una, provenientes de 33 órganos e identificaron 500 tipos celulares diferentes, ofreciendo mapas detallados de sus funciones.
“Es un hito para el HCA. Estos datos aportan nuevos conocimientos biológicos sobre la salud y las enfermedades humanas. Suponen también un gran avance en la comprensión del desarrollo y la estructura del sistema inmunitario”, comenta Conde.
Pero, ¿qué significa este atlas? ¿Cómo llegó la ciencia a este punto? Y, ¿qué hace falta entonces?, son algunas de las preguntas que hay que resolver.
Para entender lo primero es necesario regresar a algunos principios básicos de la biología: ADN, ARN mensajero, proteínas y células.
El ADN, un gran “libro” de recetas
Ricardo Peña, profesor de medicina de la Universidad de los Andes y doctor en farmacología, tiene una metáfora que puede ayudar a entender mejor el tema sin que deba regresar a los textos de biología del colegio.
Imagine, señala, que el ADN es un gran “libro” con 21.000 recetas, que es el número de genes que tenemos los seres humanos. Una copia de estas recetas sería ARN mensajero, y las personas que utilizarían esa información representarían las células. El plato final que prepararían serían las proteínas. Ahora, como dos personas seguramente no utilizarían las mismas recetas, terminarían preparando diferentes platos.
El ADN contiene la información genética de cada ser humano. Este ADN es idéntico para todas las células. Pero, entonces, ¿por qué las células son distintas y cumplen diferentes funciones? Básicamente porque, así como las personas en la metáfora, cada célula lee diferentes genes del libro ADN para producir sus proteínas.
Por mucho tiempo, cuenta Peña, la única manera para diferenciar las células fue por medio de lo que veíamos a través de los microscopios. Pero esto se reducía al plano visual. El problema, continúa, es que de esta manera algunas células podían verse muy parecidas aunque cumplieran funciones diferentes. “La única forma de entender sus posibles diferencias es comprender cómo leen el ADN, qué ARN mensajeros produjeron y qué proteínas están produciendo”, comenta.
Afortunadamente, ese es un proceso que se puede realizar desde hace dos décadas, gracias a los avances en la transcriptómica, el estudio que mide todos los RNA mensajeros en una muestra, es decir, mira cuáles son las recetas que están siendo utilizadas por las células. Los tres estudios utilizaron esta técnica con un ingrediente adicional: secuenciaron célula por célula, una técnica conocida como “single cell”, algo que hace algunos años no era posible. Además, reconoce Peña, una de las ventajas de estos trabajos fue haber utilizado muestras de distintos órganos o tejidos de una misma persona, “lo que asegura que las muestras estaban expuestas a las mismas condiciones”.
Para Marcela Camacho, médica y profesora de biología en la Universidad Nacional, uno de los principales aportes de estos trabajos es que “la complejidad de la diferenciación celular es bastante más grande de lo que pensábamos”. Es decir, que se ha superado la etapa visual de la que hablaba Peña.
Ahora, aunque un grupo de células se vean parecidas, se puede saber con precisión que no son iguales y, gracias a su RNA mensajero, se puede inferir qué tipo de función van a cumplir. “Antes asumíamos que una célula muscular era igual en todas partes. Quizá pensábamos que era más grande en músculos de mayor tamaño. Ahora sabemos que las células entre músculos no son iguales. Y que, incluso, son diferentes en las distintas zonas de ese músculo”, ejemplifica Camacho.
Y señala que una de las grandes utilidades que tendrá esta información tiene que ver con la medicina de precisión. “Hace unos años teníamos que ver un cáncer gigantesco para poder detectarlo. Después se generaron ciertas medidas diagnósticas que nos permitían identificar un cáncer diminuto en un tejido. En este momento, con esta técnica, usted puede detectar una única célula cancerosa”.
“Nuestros trabajos sobre inmunología también permiten dar un gran salto en la comprensión del desarrollo y la estructura del sistema inmunitario en los tejidos. Esto podría servir de marco para el desarrollo de terapias para luchar contra las enfermedades relacionadas con el sistema inmunitario”, agrega Conde por correo.
Entonces, ¿qué falta? La respuesta corta es que aún falta mucho. La larga, según Gloria Patricia Cardona, profesora titular de la Facultad de Medicina de la Universidad de Antioquia y coordinadora del área de neurobiología celular y molecular del grupo de neurociencias, incluye contemplar que cada ser humano, según algunos cálculos, tiene aproximadamente 72 billones de células. “Eso es 100 veces la cantidad de estrellas que tiene la Vía Láctea”, agrega. Por eso comenta que, a su criterio, este es un proyecto que se va a ir alimentando, va a ir poniendo información que cada vez adicionará piezas al rompecabezas para tener más cercana la información de cómo funcionan nuestras células y cómo podemos ayudarlas a mantener un estado saludable”.
Por su parte, Conde apunta que el HCA espera completar este primer borrador para el próximo año o para 2024. Un atlas maduro llegará hasta dentro de una década. En la misma línea que Cardona señala que “en cierto sentido el Atlas siempre estará en desarrollo”. Dado que cada individuo humano es único el Atlas Celular Humano se actualizará continuamente a medida que se disponga de más datos y se siga ampliando nuestra comprensión del cuerpo humano, hasta bien entrado el futuro”.
Entre tanto, Patricia Severino, investigadora del Instituto Israelita de Ensino e Pesquisa- Hospital Israelita Albert Einstein, en Sao Paulo (Brasil) le contó a El Espectador que, en el marco del consorcio HCA, investigadores de Brasil, Chile, Colombia, México y Perú, “están comprometidos en un proyecto conjunto que tiene como objetivo reunir un primer mapa celular latinoamericano de células sanguíneas inmunes y tejido de la vesícula biliar de diversas poblaciones indígenas y mixtas de toda América”.
Mientras las investigaciones avanzan y el Atlas Celular Humano va agregando piezas, la doctora Camacho reflexiona sobre los hallazgos de los tres trabajos y apunta que, en últimas, lo que han logrado es demostrar que la unidad de singularidad “ya no es ni siquiera el individuo. Es la célula”.
A mediados del siglo XVII, Robert Hooke, un microscopista inglés, tenía una duda que, aunque en apariencia sencilla o banal, condujo al “descubrimiento” del componente básico de todos los seres vivos. La pregunta que trasnochaba a Hooke, como recuerda Gerald Karp en su libro Biología celular y molecular, era por qué los tapones de corcho servían para mantener el aire dentro de las botellas de vino.
Un día, para resolverla, Hooke tomó un cuchillo, cortó el corcho hecho de corteza de alcornoque y lo examinó con uno de los microscopios que había fabricado. “Me pareció percibir que tenía una apariencia porosa muy parecida a un panal de abejas”, escribió. Esos poros, que llamó “celdillas”, en realidad correspondían a “paredes vacías de un tejido muerto, paredes que originalmente fueron producidas por las células vivas que la rodeaban”, comenta Karp. Es decir, Hooke observó y describió por primera vez las células. La semana pasada, cuatro siglos después de esa primera observación, un consorcio de científicos publicó el Atlas Celular Humano (HCA, por su sigla en inglés) más completo que se tiene hasta la fecha.
Lo presentaron con tres investigaciones publicadas en la más reciente edición de la revista Science. El consorcio que coordinó ese trabajo fue creado en 2016 con un objetivo: “Cartografiar todos los tipos de células del cuerpo humano, tanto para comprender la salud humana como para diagnosticar, vigilar y tratar las enfermedades”, dice la doctora Cecilia Domínguez Conde a El Espectador.
Conde es la autora principal de uno de esos artículos y trabaja en el Wellcome Sanger Institute, uno de los cofundadores del HCA. Allí integra el Grupo Teichmann, donde realiza su estancia posdoctoral, al tiempo que lidera Human Technopole, un instituto de investigación médica ubicado en Milán. En resumen, los trabajos analizaron más de un millón de células, una por una, provenientes de 33 órganos e identificaron 500 tipos celulares diferentes, ofreciendo mapas detallados de sus funciones.
“Es un hito para el HCA. Estos datos aportan nuevos conocimientos biológicos sobre la salud y las enfermedades humanas. Suponen también un gran avance en la comprensión del desarrollo y la estructura del sistema inmunitario”, comenta Conde.
Pero, ¿qué significa este atlas? ¿Cómo llegó la ciencia a este punto? Y, ¿qué hace falta entonces?, son algunas de las preguntas que hay que resolver.
Para entender lo primero es necesario regresar a algunos principios básicos de la biología: ADN, ARN mensajero, proteínas y células.
El ADN, un gran “libro” de recetas
Ricardo Peña, profesor de medicina de la Universidad de los Andes y doctor en farmacología, tiene una metáfora que puede ayudar a entender mejor el tema sin que deba regresar a los textos de biología del colegio.
Imagine, señala, que el ADN es un gran “libro” con 21.000 recetas, que es el número de genes que tenemos los seres humanos. Una copia de estas recetas sería ARN mensajero, y las personas que utilizarían esa información representarían las células. El plato final que prepararían serían las proteínas. Ahora, como dos personas seguramente no utilizarían las mismas recetas, terminarían preparando diferentes platos.
El ADN contiene la información genética de cada ser humano. Este ADN es idéntico para todas las células. Pero, entonces, ¿por qué las células son distintas y cumplen diferentes funciones? Básicamente porque, así como las personas en la metáfora, cada célula lee diferentes genes del libro ADN para producir sus proteínas.
Por mucho tiempo, cuenta Peña, la única manera para diferenciar las células fue por medio de lo que veíamos a través de los microscopios. Pero esto se reducía al plano visual. El problema, continúa, es que de esta manera algunas células podían verse muy parecidas aunque cumplieran funciones diferentes. “La única forma de entender sus posibles diferencias es comprender cómo leen el ADN, qué ARN mensajeros produjeron y qué proteínas están produciendo”, comenta.
Afortunadamente, ese es un proceso que se puede realizar desde hace dos décadas, gracias a los avances en la transcriptómica, el estudio que mide todos los RNA mensajeros en una muestra, es decir, mira cuáles son las recetas que están siendo utilizadas por las células. Los tres estudios utilizaron esta técnica con un ingrediente adicional: secuenciaron célula por célula, una técnica conocida como “single cell”, algo que hace algunos años no era posible. Además, reconoce Peña, una de las ventajas de estos trabajos fue haber utilizado muestras de distintos órganos o tejidos de una misma persona, “lo que asegura que las muestras estaban expuestas a las mismas condiciones”.
Para Marcela Camacho, médica y profesora de biología en la Universidad Nacional, uno de los principales aportes de estos trabajos es que “la complejidad de la diferenciación celular es bastante más grande de lo que pensábamos”. Es decir, que se ha superado la etapa visual de la que hablaba Peña.
Ahora, aunque un grupo de células se vean parecidas, se puede saber con precisión que no son iguales y, gracias a su RNA mensajero, se puede inferir qué tipo de función van a cumplir. “Antes asumíamos que una célula muscular era igual en todas partes. Quizá pensábamos que era más grande en músculos de mayor tamaño. Ahora sabemos que las células entre músculos no son iguales. Y que, incluso, son diferentes en las distintas zonas de ese músculo”, ejemplifica Camacho.
Y señala que una de las grandes utilidades que tendrá esta información tiene que ver con la medicina de precisión. “Hace unos años teníamos que ver un cáncer gigantesco para poder detectarlo. Después se generaron ciertas medidas diagnósticas que nos permitían identificar un cáncer diminuto en un tejido. En este momento, con esta técnica, usted puede detectar una única célula cancerosa”.
“Nuestros trabajos sobre inmunología también permiten dar un gran salto en la comprensión del desarrollo y la estructura del sistema inmunitario en los tejidos. Esto podría servir de marco para el desarrollo de terapias para luchar contra las enfermedades relacionadas con el sistema inmunitario”, agrega Conde por correo.
Entonces, ¿qué falta? La respuesta corta es que aún falta mucho. La larga, según Gloria Patricia Cardona, profesora titular de la Facultad de Medicina de la Universidad de Antioquia y coordinadora del área de neurobiología celular y molecular del grupo de neurociencias, incluye contemplar que cada ser humano, según algunos cálculos, tiene aproximadamente 72 billones de células. “Eso es 100 veces la cantidad de estrellas que tiene la Vía Láctea”, agrega. Por eso comenta que, a su criterio, este es un proyecto que se va a ir alimentando, va a ir poniendo información que cada vez adicionará piezas al rompecabezas para tener más cercana la información de cómo funcionan nuestras células y cómo podemos ayudarlas a mantener un estado saludable”.
Por su parte, Conde apunta que el HCA espera completar este primer borrador para el próximo año o para 2024. Un atlas maduro llegará hasta dentro de una década. En la misma línea que Cardona señala que “en cierto sentido el Atlas siempre estará en desarrollo”. Dado que cada individuo humano es único el Atlas Celular Humano se actualizará continuamente a medida que se disponga de más datos y se siga ampliando nuestra comprensión del cuerpo humano, hasta bien entrado el futuro”.
Entre tanto, Patricia Severino, investigadora del Instituto Israelita de Ensino e Pesquisa- Hospital Israelita Albert Einstein, en Sao Paulo (Brasil) le contó a El Espectador que, en el marco del consorcio HCA, investigadores de Brasil, Chile, Colombia, México y Perú, “están comprometidos en un proyecto conjunto que tiene como objetivo reunir un primer mapa celular latinoamericano de células sanguíneas inmunes y tejido de la vesícula biliar de diversas poblaciones indígenas y mixtas de toda América”.
Mientras las investigaciones avanzan y el Atlas Celular Humano va agregando piezas, la doctora Camacho reflexiona sobre los hallazgos de los tres trabajos y apunta que, en últimas, lo que han logrado es demostrar que la unidad de singularidad “ya no es ni siquiera el individuo. Es la célula”.