El pionero del Human Cell Atlas explica por qué este es un hito importante

jJusto debajo de tu piel hay mundos acuosos enteros, donde miles de millones de células chispean, laten, se retuercen y secretan, realizando todas las tareas complicadas para mantenerte con vida. Todos comparten el mismo código genético. Pero lo que hacen con él es la diferencia entre una neurona y una fibra muscular que se contrae.

Hace aproximadamente una década, un grupo de científicos comenzó a realizar un censo celular de cada tejido del cuerpo humano para averiguar qué células viven realmente allí, utilizando una tecnología nueva y poderosa llamada secuenciación de ARN de una sola célula. Arroja luz sobre las partes del genoma que utiliza una célula para llevar a cabo su tarea única. El esfuerzo de colaboración internacional, llamado Human Cell Atlas, ha crecido desde entonces para incluir a más de 2000 investigadores de 83 países. Y el jueves, informaron una gran hazaña: crear mapas detallados de más de un millón de células en 33 órganos.

Se han publicado atlas de tejidos históricos en cuatro estudios en Science. “Se puede considerar como un Google Maps del cuerpo humano”, dijo a los periodistas el martes Sarah Teichmann, jefa de genética celular en el Instituto Wellcome Sanger y copresidenta del Human Cell Atlas.

anuncio publicitario

En un estudio, su equipo secuenció el ARN de 330 000 células inmunitarias únicas de todo el cuerpo adulto y, en otro, catalogaron el desarrollo de células inmunitarias en tejidos prenatales. Descubrieron que a medida que crecen las células T que combaten las infecciones, aprenden tanto hablando entre sí como de los tejidos de sus padres. Descifrar este código molecular podría permitir a los investigadores diseñar mejor las células T para hacer cosas como combatir el cáncer. “El conocimiento tiene implicaciones para las terapias que mejoran o suprimen una respuesta inmune para combatir enfermedades y para el diseño de vacunas”, dijo Teichmann.

Un tercer artículo, dirigido por el copresidente Aviv Regev, uno de los pioneros de la secuenciación de células individuales que ahora dirige I+D en Genentech, describió cómo los investigadores del Instituto Broad crearon un atlas entre tejidos de 200 000 células a partir de tejidos congelados. Usando el aprendizaje automático, escanearon el atlas para identificar tipos de células asociadas con 8,000 enfermedades genéticas. “Esperamos que al usar mapas como estos, podamos comprender mejor el lugar específico del cuerpo donde ocurre la enfermedad”, dijo Regev a los periodistas. “Esto nos permitiría desarrollar diagnósticos más precisos y nuevos tratamientos”.

anuncio publicitario

Stephen Quake, presidente de Chan Zuckerberg Biohub Network y miembro del Comité Organizador del Atlas de Células Humanas, contribuyó con una actualización al Consorcio Tabula Sapiens, que, a diferencia de muchos otros esfuerzos, recopila secuencias de células de un solo donante. Hasta el momento, está pintando un retrato de casi 500.000 células de 24 órganos de 15 personas fallecidas recientemente.

STAT habló con Quake sobre el hito científico y lo que sigue. Los extractos de la conversación se encuentran a continuación, ligeramente editados para mayor claridad.

El consorcio ahora ha mapeado más de un millón de células individuales en 33 órganos, una hazaña significativa, un primer borrador, por así decirlo, del Human Cell Atlas. ¿Cómo está usted?

Es un gran momento. Alrededor de 2011, 2012, había cuatro o cinco personas en diferentes rincones del mundo diciendo que deberíamos construir un atlas celular de todo el organismo. Así que es bueno ver que todo esto está llegando a buen término ahora. Pero sí, es absolutamente un primer borrador. De esta manera, existe una buena analogía con el proyecto del genoma humano.

Cuando se publicó el primer genoma humano, era un proyecto de genoma. Había todo tipo de huecos y faltaban cosas, pero aun así era increíblemente útil. Ahora, 20 años después, vemos los primeros genomas humanos verdaderamente finitos de telómero a telómero, que agregan valor. Y pienso en estos atlas celulares de la misma manera. Estos son borradores. No estamos diciendo que hayamos encontrado todos los tipos de células en el cuerpo humano, o incluso todos los tejidos, pero esto va a ser muy útil.

¿Cómo están empezando a utilizarlos los investigadores?

Tengo un colega que quiere usarlo para estudiar el cáncer cerebral. Estaba buscando objetivos farmacológicos potenciales y quería examinar otras partes del cuerpo en busca de toxicidad imprevista. Y creo que mucha gente ha adoptado ese enfoque. Tienen un objetivo de fármaco de interés para una enfermedad y quieren saber dónde se expresa esa proteína, qué otros tipos de células, qué otros tejidos, porque hacer un fármaco contra ese objetivo puede afectar tejidos distintos al que desea.

Otro buen ejemplo es un artículo publicado anteriormente por un estudiante mío, Sevahn Vorperian, donde usó el atlas para entender algo sobre las biopsias líquidas. Se dio cuenta de que podía usar Tabula Sapiens para descomponer el transcriptoma libre de células y los tipos de células de origen. Y ha generado mucho interés en la comunidad de diagnóstico.

¿Con la idea de que podría observar las firmas de la enfermedad del ARN que circula en la sangre de alguien y rastrearlo hasta las células específicas donde ocurre este mal funcionamiento?

Exactamente.

El consorcio Human Cell Atlas ha adoptado una especie de enfoque de tejido a la vez, con diferentes grupos de investigación trabajando en su tejido de experiencia. ¿En qué se diferencia la Tabula Sapiens?

Lo que trajimos a la mesa fue descubrir cómo hacer estos experimentos de múltiples órganos. Lo cual fue una gran colaboración en sí misma. Sabes, la idea de obtener todos estos órganos de un donante nunca se había hecho antes. Y debido a que son donantes vivos, realmente todos tienen que estar allí, porque estas personas son operadas. [The Tabula Sapiens project worked with an organ procurement organization to preserve tissues while surgeons were harvesting organs for donation.] Y ese es un gran desafío de gestión. Personalmente, fue una gran mejora para mí porque siempre he dirigido un laboratorio pequeño. Tuve que aprender a hacer Gran Ciencia.

Pero una de las grandes ventajas de observar el tejido de la misma persona es que puedes controlar todo tipo de cosas como la composición genética, los efectos epigenéticos, la exposición ambiental. Nos permitió hacer cosas como estudiar empalmes. Cada gen tiene diferentes partes que se pueden empalmar o quitar, según la parte que se use. Lo que no se sabe bien es si el empalme depende del tipo de célula. Y pudimos mapear eso aquí para encontrar algunas variaciones realmente interesantes en el uso de empalmes basados ​​en el tipo de celda y descubrimos un montón de nuevos empalmes que no se habían visto antes.

El Atlas de Células Humanas es el sucesor del Proyecto Genoma Humano, que mencionaste anteriormente. ¿Cómo cree que continúa la tradición de la Gran Ciencia tal como se definió en ese momento y cómo traza un nuevo legado?

Definitivamente comparte algunos aspectos de Big Science. Se necesita mucha coordinación entre muchos grupos, mucha gente en todo el mundo. Y aborda un problema que realmente no podría resolverse de otra manera, porque necesitamos toda esta experiencia y aportes diversos. Pero también es diferente en varios aspectos.

Es más colegiado. El Proyecto Genoma Humano se consideró de alguna manera amargo.

¿A qué atribuyes esto?

Es probablemente una función de personalidades. El Proyecto Genoma involucró a grandes personalidades que realmente no se llevaban bien. Aviv y Sarah, los copresidentes de este proyecto, y yo tenemos una relación mucho mejor. También en este caso, no hay esfuerzo privado, por lo que no hay competencia público-privada.

Otra diferencia es el costo. El primer genoma humano costó 3.000 millones de dólares. Tomamos la decisión estratégica de esperar hasta que las tecnologías fueran un poco más asequibles. Si el proyecto del genoma hubiera esperado incluso cinco años, habría sido mucho más barato. Hablé con Craig Venter [who led the private effort to sequence the human genome] al respecto, y le pregunté si valía la pena hacerlo antes. “Oh, valió totalmente la pena. Aprendimos mucho”, me dijo. No estoy seguro de estar de acuerdo con esa evaluación. Pero los equipos de Human Cell Atlas han estado todos en la misma longitud de onda sobre este tema, mientras que estimamos que el relación costo-beneficio fue buena.

Y eso es importante porque creo que lo que estamos tratando de hacer es mucho más difícil que secuenciar un genoma. Y la razón es que la secuenciación de un genoma es un problema químico increíblemente bien definido. Aquí hay un tubo de ensayo que contiene productos químicos. Dime qué son las sustancias químicas: la sustancia química es la molécula de ADN. Si bien comprender la naturaleza de estas células es mucho más complicado. No es un problema químico, es un problema biológico. Y es más difícil abstraerlo a una medida simple.

Porque lo que estás haciendo es redefinir los parámetros de lo que significa ser ese tipo de célula o tipo de célula. No se trata solo de cómo se ve una célula o dónde vive, sino de los programas genéticos que ejecuta cada una. Entonces, ¿cómo decide qué tan lejos cavar? ¿Dónde hace esos cortes?

Esa es una buena pregunta, y ha estado abierta durante mucho tiempo. ¿Cuál es la diferencia entre un estado celular y una identidad celular? Desde mi punto de vista, no creo que esta sea una pregunta resuelta todavía. La comunidad todavía está luchando con esto. Todavía estamos investigando cuál es la naturaleza fundamental de estos objetos.

Leave a Comment