És possible conèixer la identitat d’una cèl·lula, aprendre sobre el seu funcionament, sabent quins gens s’hi expressen? Aquest seria l’objectiu del projecte Biodiversity Cell Atlas (Atles de Biodiversitat Cel·lular), però no només d’una cèl·lula sinó de tots els tipus diferents que tenen els éssers vius.
Aquest projecte, ideat arran d’una trobada d’experts organitzada al Centre de Regulació Genòmica (CRG) al maig de 2023, proposa fer un mapa de tots els tipus cel·lulars de diferents espècies; és a dir, un atles de biodiversitat cel·lular que aporti coneixement en termes d’evolució, aplicacions industrials, teràpies avançades, sistemes biològics sintètics, estratègies de conservació o simplement entendre millor el funcionament cel·lular.
El plantejament és tan ambiciós com el projecte Genoma Humà o l’Atles de Cèl·lules Humanes. I és que, unificant tots els coneixements de les cèl·lules, serem capaços d’entendre millor la diversitat i l’evolució de la vida.
Tot i això, l’Atles de Biodiversitat Cel·lular s’enfronta a diferents reptes:
- d’una banda, com unificar o estandarditzar els mètodes emprats per comparar els diferents tipus cel·lulars, ja que no hi ha un sol mètode que funcioni per a totes les cèl·lules de tots els organismes;
- i de l’altra, com processar i emmagatzemar tot el conjunt de dades obtingudes, a més de fer-les accessibles per a tota la comunitat científica.
Per això el grup d’investigació d’Arnau Sebé Pedrós, del CRG, amb seu al Parc de Recerca Biomèdica de Barcelona (PRBB), ha rebut una beca de 3,8 milions de dòlars de la Fundació Gordon & Betty Moore per fer el treball preliminar que desenvolupi i posi en marxa les tècniques per crear l’atles. Ho faran en col·laboració amb equips a Oxford, Norwich, Chicago, i Heidelberg (Alemanya).
Parlem amb Sebé-Pedrós sobre els reptes que això suposa i què significa aquest gran projecte, per al qual la col·laboració entre la comunitat científica resultarà vital.
Quin és l’objectiu principal del projecte Biodiversity Cell Atlas i perquè vau decidir endegar aquest projecte?
Bé, de fet ara mateix aquest atles és només una proposta, no hi ha finançament per fer-lo encara… Però la idea va sorgir arran d’una trobada que vaig organitzar aquí al PRBB l’any passat, recolzada pel Welcome Trust, on ens vam trobar moltes persones que treballem en cèl·lules úniques en organismes no model. Vam començar a discutir que seria una bona idea crear aquest atles, perquè som una comunitat creixent – ara mateix, potser entre 20 i 40 grups arreu del món que fem aquests atles cel·lulars de transcriptòmica – i fins ara cadascú ho anava fent a la seva manera, però no hi havia uns estàndards, és difícil la comparació entre diferents casos. També volíem estimular fòrums de discussió sobre mètodes, interpretació de les dades, etc., i construir comunitat.
Des d’aleshores hem seguit treballant amb grups de treball, on ens anem reunint cada dos mesos per posar coses en comú. I ara hem aconseguit aquest finançament durant els propers 3 anys per fer una tasca molt concreta; posar a punt mètodes, tant experimentals com analítics i treballar amb l’EBI (European Bioinformatics Institute) per tal que pugui ser la casa de totes les dades, eventualment.
Aleshores el què esteu fent ara és una mena de prova pilot?
Podríem dir-ho així, si. Aquest projecte hauria de ser la base per l’Atles Cel·lular de la Biodiversitat, si aconseguim demostrar que això té sentit, que és viable, que es pot fer amb les metodologies actuals… Hem de demostrar que tenim una estratègia experimental i computacional i una base de dades on podríem guardar totes les dades.
Quins creus que son els principals reptes?
N’hi ha diversos. Preparar la mostra és difícil. Per cobrir tota la biodiversitat, caldrà recollir mostres de diferents espècies en el seu hàbitat natural – en alguns casos això pot voler dir en una vaixell a alta mar, i una mostra que no aguanta més que unes hores. I a vegades pot ser que no hi hagi prou mostra.
Després cal seqüenciar els transcrits expressats en cada cèl·lula, és a dir, tots aquells gens que estan presents en forma d’RNA en una cèl·lula en un moment determinat i que li confereixen una identitat pròpia, i fer l’anàlisi computacional per entendre a quina cèl·lula pertany cada transcrit.
Però bé, igual que s’han solucionat els reptes amb els projectes de genòmica (fins fa poc teníem desenes de genomes seqüenciats, ara tenim milers), estic segur que es podran superar amb aquest.
I quines tecnologies caldran per aquest projecte?
Fem servir seqüenciació de transcriptòmica unicel·lular – ja fa uns 10 anys que existeix aquesta tecnologia, i s’està fent servir cada vegada més. Avui dia creiem que ja és possible, a nivell de costos i d’escalabilitat, fer servir aquesta tecnologia per a projectes com aquest de gran escala.
També farem transcriptòmica comparada, és a dir veure com fan la transcripció cel·lular les diferents espècies, quins gens expressen en cada situació. És tot un repte, però ho veig com una oportunitat, més que una limitació. Hem de començar a fer-ho, i anirem veient com superem cada dificultat. No sabem què ens permetran fer aquestes dades – tenim una intuïció, per exemple que ens poden servir per entendre com funcionen els gens, com interaccionen els uns amb els altres (e.g. si al llarg de l’evolució aquests dos gens sempre s’expressen junts, probablement fan una funció important junts). També en temes de conservació; nosaltres per exemple estudiem com responen uns coralls sota estrès tèrmic, com varia la seva transcripció en aquestes condicions, que poden modelitzar el canvi climàtic.
La seqüenciació de transcriptòmica unicel·lular ja fa uns 10 anys que existeix i creiem que ja és possible utilitzar-la a gran escala. Hi ha reptes, però els veig com oportunitats, més que limitacions.
Arnau Sebé Pedrós, CRG
Amb quins organismes esteu fent aquesta primera prova?
Començarem amb organismes dels que ja en sabem coses, dels que tenim dades, protocols, i que representin diferents dificultats que podrien aparèixer, per veure com ens en sortim. Aquests inclouen organismes molt coneguts, com el cuc C. elegans o la mosca Drosophila, però també un mol·lusc, un anèl·lid, un eriçó de mar, una anèmona, una alga bruna, un bolet, i una hepàtica (un tipus de planta herbàcea).
Els requisits són que cal tenir accés a material de forma fàcil i en quantitat, i que hi hagi seqüenciat un genoma de qualitat.
I què espereu obtenir en aquests anys?
Amb aquest organismes més ‘fàcils’ provarem i compararem metodologies que puguin ser útils per fer atles cel·lulars en organismes no model per tal de crear un “arbre de decisions” que ens ajudi en el futur a abordar noves espècies. Aquest ‘arbre’ consistirà en una mena de guia per a decidir quins passos seguir per cada espècie: és a dir, si amb la teva espècie escollida es donen unes determinades condicions favorables (en quant a disponibilitat, qualitat del genoma, etc.), proposem el protocol X; si les condicions no són tan bones, un altre protocol més limitat; segons quines siguin les condicions, potser no cal ni provar-ho. També proposarem controls de qualitat, mètriques per saber si estàs anant per bon camí.
I sobretot, esperem que podrem mostrar que val la pena ampliar el projecte i dur a terme l’Atles de la Biodiversitat Cel·lular!
Article escrit en col·laboració amb Diana Darriba.
