2023 va acabar fa poc i de ben segur que us van arribar un allau de rànquings i recopilatoris: “els millors llibres de l’any”, “les pel·lícules més taquilleres”, “les cançons més escoltades”, i un llarg, llarg etcètera.
Ja a principis de febrer, ni més tard ni més d’hora, a Ciència Oberta ens disposem a repassar alguns dels descobriments biològics que més ens han cridat l’atenció durant el darrer any. Així doncs, us portem un recopilatori de collita pròpia amb tres troballes que han desafiat i ampliat el nostre coneixement.
1. Fent del nostre genoma una xarxa de metro
Quan vaig preguntar al Pau quina era l’aportació més significativa per a ell em va respondre amb una paraulota: el pangenoma. Però anem a pams. Podem dir que el genoma és el conjunt total del material genètic d’un organisme. No és gens trivial, ja que ve a ser com el codi informàtic –si el codi estigués escrit amb quatre lletres– que s’executa per coordinar, organitzar, regular i portar a terme el funcionament de qualsevol organisme viu. Aquesta informació es materialitza en la forma d’una molècula molt especial: l’ADN, i s’hereta de progenitors a descendència a cada generació.
Aquesta molècula és una cadena feta de la unió d’unes baules que es van repetint i combinant. Això és el que entenem per seqüència de l’ADN. I els científics, què fan? Seqüenciar-la. Analitzant les seqüències d’ADN podem intentar donar sentit al funcionament i canvis que tenen lloc en els processos biològics.
Tanmateix, va ser només a partir del 2001 que vam començar a tenir accés a una versió “completa” del genoma. Va ser el resultat d’un esforç internacional amb pocs precedents: el Projecte Genoma Humà, que va durar més d’una dècada i va costar milions de dòlars. Avui, obtenir genomes és una feina molt més ràpida i menys costosa, quasi rutinària. Però, de fet, és només des del 2022 que comptem amb una versió veritablement completa del genoma humà gràcies al consorci Telomere-to-Telomere, que inclou per primer cop la seqüència de regions altament complexes.
El genoma humà és una referència, és a dir, la base sobre la qual construïm altres seqüències, les comparem i les analitzem. Així, per exemple, si observem com unes regions canvien en una malaltia en base al genoma de referència, podem arribar a establir-ne una relació.
El problema del genoma humà: la diversitat
El famós genoma humà que hem estat usant —i millorant— durant més de vint anys és un constructe “representatiu” dels humans. I aquí rau la seva limitació: prové majoritàriament d’una sola persona. Però, tot i que els humans compartim gran part del material genètic, hi ha diferències. Avui dia tenim moltes bases de dades que recullen variacions en posicions i en l’estructura del genoma. Algunes poden estar associades a malalties, però moltes altres representen simplement la diversitat de la nostra espècie, i aquesta diversitat és diferent en diferents llocs del planeta.
El fet que el genoma de referència sigui una sola seqüència lineal és un problema perquè ens porta a biaixos. Només podem veure allò que ens permet la referència en base a ella mateixa, com si veiéssim el món a través d’unes ulleres amb filtre d’un sol color. I aquest color és normalment el de la població “occidental”. La realitat és que hi ha regions del genoma molt riques i variables a través de les poblacions humanes. Això, que sembla una ximpleria, pot ser molt important per entendre com algunes malalties poden afectar-nos de forma diferent segons el nostre rerefons genètic.
Ara sí, parlem del pangenoma
Per això, seguint els avenços del consorci Telomere-to-Telomere, el maig del 2023 es va publicar a la revista Nature la primera versió del pangenoma, produït pel consorci internacional Human Pangenome Reference. Pan prové del grec i significa “tot”, així que podem entendre el pangenoma com “tots els genomes” o millor, “el genoma de tots”.
Aquesta primera versió construeix un genoma humà usant seqüències de 47 individus d’arreu del planeta (de tots els continents) amb tècniques de seqüenciació d’alta resolució. La intenció és tenir una referència completa que reculli la diversitat humana. Cada genoma inclòs està completament seqüenciat (com la versió del 2022), i en combinar-se, s’identifiquen variacions i estructures conegudes i se’n revelen de noves.
És a dir, en comptes d’una seqüència lineal, tenim més aviat un mapa on les regions es ramifiquen per representar les diverses variacions. I així, ens traiem les ulleres per començar a veure el món a tot color i convertim el genoma en una xarxa de metro, com em comentavael Pau. Esperem que els transbords no siguin tan llargs com entre la L3 i la L4.
2. Continuem descobrint estructures cerebrals
El Pol troba molt fort que a dia d’avui encara ens trobem estructures anatòmiques del cervell que no sabíem que estaven allà. Què implica això exactament? Fixem-nos primer en els aspectes generals de l’estructura cerebral —almenys la que coneixem ara per ara.
Sabem que el cervell està recobert per tres membranes, les meninges. Aquestes tenen els rebuscats noms —en ordre de més interna a més externa— de piamàter, aracnoide i duramàter. Constitueixen la barrera que separa el cervell de la resta del nostre cos, ja que, sent honestos, es tracta d’un òrgan delicat i vulnerable. Per això es troba “aïllat”, però no del tot. Les meninges proporcionen protecció física en esmortir els moviments bruscos en el cap, però és que a més són la primera font en abastir el cervell de nutrients. Aquestes dues funcions s’aconsegueixen amb l’anomenat líquid cefalorraquidi, que omple l’espai entre la piamàter i l’aracnoide en l’anomenat espai subaracnoide.
De tres, en fem quatre: la “quarta” meninge
El gener del 2023, un estudi publicat a Science afirmava que aquesta organització era una mica més complexa del que pensàvem. Així doncs, a aquesta visió tradicional de les tres capes, n’afegien una de nova. La van anomenar SLYM, de membrana subaracnoide de tipus limfàtic per les seves sigles en anglès. Tal com el seu nom indica, es trobaria en aquest espai subaracnoide —per sobre de la piamàter— que esmentàvem abans, partint l’espai que recorre el líquid cefalorraquidi en dos.
A l’estudi demostren com aquesta nova membrana és tan diferent a les altres que cal considerar-la per separat, tant en cervells humans com de ratolins. En paral·lel, i de forma sorprenent, veuen com aquesta estructura s’assembla als tipus de membranes que envolten altres òrgans del cos: els anomenats mesotelis, una capa doble molt fina de cèl·lules que envolta i protegeix alguns òrgans.
I pensareu, seria molt evident haver vist això abans, oi? Doncs no ben bé. El cas és que quan s’extreu un cervell, aquesta barrera es desintegra; i per acabar-ho d’adobar, és massa fina per captar-la amb escàners cerebrals normals. Només s’ha captat amb mètodes de microscòpia molt delicats.
Quina tela de meninge
A grans trets, aquesta “quarta” barrera controlaria el bescanvi de líquids –sang i líquid cefalorraquidi– en el cervell. Això s’afegeix a la gran població de cèl·lules immunes que conté, i que sembla estar implicada en processos d’infecció i envelliment. Una “tela” simple, però tot terreny.
Així doncs, un deteriorament o fallida d’aquesta membrana podria alterar la “neteja” del cervell i contribuir a malalties neurodegeneratives com l’Alzheimer. Sembla ser clau en el nostre enteniment d’aquest òrgan tan especial i en la possible gestió futura de malalties. Com m’explicava en Pol, aquest assumpte té tela. Literalment.
3. Hi ha un límit del límit de la vida?
I si em pregunteu a mi potser faré una mica de trampa. No em referiré a un sol estudi, sinó a tres, dos dels quals, a més, no han estat encara publicats oficialment. Tenen a veure amb com entenem l’esperança de vida d’una espècie, si la podem predir i si està d’alguna manera limitada. I la clau de tot això està en un camp que s’ha posat molt de moda en els últims anys i que és origen de molts malentesos: l’epigenètica.
Més enllà de la genètica
Epi ve del grec “sobre”. Què hi ha per sobre de la genètica, si hem dit que l’ADN és com el codi informàtic que s’executa per fer funcionar la vida? Bé, no es tracta d’una mentida, però sí d’una imatge incompleta. Anomenem epigenètica al conjunt de modificacions químiques, molècules i reestructuracions que regulen la funció de l’ADN. Els mecanimes epigenètics vindrien a ser com els moderadors que decideixen quines parts del codi s’executen i com.
La gràcia d’aquesta capa d’informació és que no és una cosa fixa. La seqüència d’ADN d’un organisme és la que és, i tot i que pugui patir alguns canvis, en general es quedarà igual al llarg de la vida. Els elements epigenètics, en canvi, són molt dinàmics i poden canviar i reconfigurar-se en moltes situacions i per molts motius. A mesura que canvien, van deixant una empremta sobre l’ADN, com si s’afegís un comentari al codi indicant que aquella part ha estat utilitzada en algun context específic.
I així tenim que l’estil de vida, l’ambient i les malalties poden reconfigurar la manera en què el material genètic s’executa. I el més interessant de tot és que podem entendre aquestes influències i canvis seguint aquestes petjades.
L’epigenètica ens parla de l’esperança de vida
L’esperança de vida màxima (o longevitat) és una característica intrínseca de les espècies. La podem definir com el temps màxim que ha viscut algun individu de l’espècie. Podem explicar això, en part, per la capacitat d’un organisme d’evitar la mort —ja sigui fugint d’un predador, sobrevivint a una infecció, etc. Tanmateix, observem que espècies similars tenen esperances de vida màxima diferents. Resulta que el nostre cos conté informació d’aquesta esperança de vida màxima, però és una relació extremadament esmunyedissa.
El primer dels estudis publicats al llarg del 2023 proposa models matemàtics per explicar la relació entre la metilació de l’ADN —una marca epigenètica— i l’esperança de vida màxima en mamífers. Com he dit, diferents fenòmens poden deixar aquestes empremtes en l’ADN. L’envelliment i l’edat no són una excepció. I tot i que podríem pensar que aquests estan relacionats amb l’esperança de vida màxima, aquesta investigació descriu que no. És a dir, les empremtes que es deixen a l’ADN a mesura que l’organisme es desenvolupa i envelleix no tindrien a veure amb aquelles que determinen l’esperança de vida màxima, suggerint així que són processos independents. L’envelliment no afectaria l’esperança de vida màxima com a tal.
Predint l’esperança de vida màxima
Bé, aquestes relacions han estat més o menys vistes des de fa anys, però no es coneix res dels mecanismes al darrere. En un segon article, l’equip estableix relacions més específiques per descriure influències del desenvolupament i l’evolució de les espècies a l’hora de determinar-se aquesta esperança de vida màxima. Però és en una tercera publicació que utilitzen aquestes marques de metilació molt definides per tal de predir diverses característiques en espècies de mamífers. Així, aconsegueixen predir l’esperança de vida màxima i separar aquest tret d’altres que pensaven que podrien influir-hi.
És a dir, proposen que l’esperança de vida màxima d’una espècie està determinada, en part, per l’epigenètica, però que aquestes empremtes no tenen relació amb aquelles que deixen altres factors com el sexe, el pes, el metabolisme i altres trets de l’estil de vida. Sorprenent com és, sembla prou independent com per plantejar-se que podria ser una propietat intrínseca de cada espècie. Com si fos una marca definida que posés límit a la maquinària.
Complicat com és el tema, posa llum a la comprensió més bàsica de la vida i si, veritablement, podem pensar en un límit ja prescrit. Hauré de mirar de no passar-me de la data de caducitat.
Ja per acabar…
Dels milers i milers d’estudis que han estat publicats durant l’any 2023 només n’he explicat tres a fons. Investigacions que són, al nostre parer, extraordinàries. És clar, n’hem deixat de banda moltes altres, però ha sigut un any, com veieu, intens.
Hem esmentat estudis que semblen oferir un salt qualitatiu en el nostre coneixement. La realitat, però, no és ben bé així. Cada estudi ve d’una llarga línia d’investigacions prèvies amb aportacions diverses de moltíssims equips multidisciplinaris. No és que algú vingui un dia i se li acudeixi una cosa innovadora o simplement la descobreixi. La ciència la formen xarxes que es van nodrint de cada petita troballa que es fa. I sí, de tant en tant sorgeixen estudis més trencadors, aquells que porten a la vista un nou horitzó al qual apuntar. Tanmateix, mai estan aïllats de la resta de contribucions, per petites que siguin.
De moment continuarem atents als avenços del 2024, que ja ens ha sorprès amb un possible origen de variants genètiques associades a l’esclerosi múltiple provinents de migracions mil·lenàries. Però això és una altra història.
Per saber-ne més
Quanta Magazine – The Year in Biology
Smithsonian Magazine – The Ten Most Significant Science Stories of 2023
Science – Of all the breakthroughs in 2023, what topped Science’s list?
- Feta amb Biorender.com.
