¿Es posible conocer la identidad de una célula, aprender sobre su funcionamiento, sabiendo qué genes se expresan en ella? Éste sería el objetivo del proyecto Biodiversity Cell Atlas (Atlas de Biodiversidad Celular), pero no sólo de una célula sino de todos los tipos diferentes que tienen los seres vivos.
Este proyecto, ideado a raíz de un encuentro de expertos organizado en el Centro de Regulación Genómica (CRG) en mayo de 2023, propone realizar un mapa de todos los tipos celulares de diferentes especies; es decir, un atlas de biodiversidad celular que aporte conocimiento en términos de evolución, aplicaciones industriales, terapias avanzadas, sistemas biológicos sintéticos, estrategias de conservación o simplemente entender mejor su funcionamiento celular.
El planteamiento es tan ambicioso como el proyecto Genoma Humano o el Atlas de Células Humanas. Y es que, unificando todos los conocimientos de las células, seremos capaces de entender mejor la diversidad y evolución de la vida.
Sin embargo, el Atlas de Biodiversidad Celular se enfrenta a diferentes retos:
- por un lado, cómo unificar o estandarizar los métodos empleados para comparar los diferentes tipos celulares, ya que no existe un solo método que funcione para todas las células de todos los organismos;
- y por otro, cómo procesar y almacenar todo el conjunto de datos obtenidos, además de hacerlos accesibles para toda la comunidad científica.
Por eso, el grupo de investigación de Arnau Sebé-Pedrós, del CRG, con sede en el Parque de Investigación Biomédica de Barcelona (PRBB), ha recibido una beca de 3,8 millones de dólares de la Fundación Gordon & Betty Moore para realizar el trabajo preliminar que desarrolle y ponga en marcha las técnicas para crear el atlas. Lo harán en colaboración con equipos en Oxford, Norwich, Chicago y Heidelberg (Alemania).
Hablamos con Sebé-Pedrós sobre los retos que esto supone y qué significa este gran proyecto, para el que la colaboración entre la comunidad científica resultará vital.
¿Cuál es el objetivo principal del proyecto Biodiversity Cell Atlas y por qué decidisteis emprender este proyecto?
Bien, de hecho ahora mismo este atlas es sólo una propuesta, no hay financiación para hacerlo todavía… Pero la idea surgió a raíz de un encuentro que organizé aquí en el PRBB el año pasado, apoyado por el Welcome Trust, durante el cual nos encontramos muchas personas que trabajamos en células únicas en organismos no modelo. Empezamos a discutir que sería una buena idea crear este atlas, porque somos una comunidad creciente – ahora mismo, quizás entre 20 y 40 grupos en todo el mundo que hacemos estos atlas celulares de transcriptómica – y hasta ahora cada uno lo iba haciendo a su manera, pero no existían unos estándares, es difícil la comparación entre diferentes casos. También queríamos estimular foros de discusión sobre métodos, interpretación de los datos, etc., y construir comunidad.
Desde entonces hemos seguido trabajando con grupos de trabajo, donde nos reunimos cada dos meses para poner cosas en común. Y ahora hemos conseguido esta financiación durante los próximos 3 años para realizar una tarea muy concreta; poner a punto métodos, tanto experimentales como analíticos y trabajar con el EBI (European Bioinformatics Institute) para que pueda ser la casa de todos los datos, eventualmente.
¿Entonces lo que estáis haciendo ahora es una especie de prueba piloto?
Podríamos decirlo así, sí. Este proyecto debería ser la base para el Atlas Celular de la Biodiversidad, si conseguimos demostrar que esto tiene sentido, que es viable, que se puede hacer con las metodologías actuales… Tenemos que demostrar que tenemos una estrategia experimental y computacional y una base de datos donde que podríamos guardar todos los datos.
¿Cuáles crees que son los principales retos?
Hay varios. Preparar la muestra es difícil. Para cubrir toda la biodiversidad, habrá que recoger muestras de diferentes especies en su hábitat natural – en algunos casos esto puede significar en un barco en alta mar, y una muestra que no aguanta más que unas horas. Y a veces puede que no haya suficiente muestra.
Después hay que secuenciar los transcritos expresados en cada célula – es decir, todos aquellos genes que están presentes en forma de RNA en una célula en un momento determinado y que le confieren una identidad propia – y hacer el análisis computacional para entender a qué célula pertenece cada transcrito.
Pero bueno, al igual que se han solucionado los retos en los proyectos de genómica (hasta hace poco teníamos decenas de genomas secuenciados, ahora tenemos miles), estoy seguro de que se podrán superar en éste.
¿Y qué tecnologías harán falta para este proyecto?
Utilizamos secuenciación de transcriptómica unicelular – hace ya unos 10 años que existe esta tecnología, y se está utilizando cada vez más. Hoy en día creemos que ya es posible, a nivel de costes y escalabilidad, utilizar esta tecnología para proyectos como este de gran escala.
También haremos transcriptómica comparada, es decir ver cómo hacen la transcripción celular las diferentes especies, qué genes expresan en cada situación. Es un reto, pero lo veo como una oportunidad, más que una limitación.
Debemos empezar a hacerlo, e iremos viendo cómo superamos cada dificultad. No sabemos qué nos permitirán hacer estos datos – tenemos una intuición, por ejemplo que nos pueden servir para entender cómo funcionan los genes, cómo interaccionan unos con otros (e.g. si a lo largo de la evolución estos dos genes siempre se expresan juntos, probablemente hacen una función importante juntos). También en temas de conservación; nosotros, por ejemplo, estudiamos cómo responden unos corales bajo estrés térmico, cómo varía su transcripción en estas condiciones, como pueden modelizar el cambio climático.
La secuenciación de transcriptómica unicelular hace ya unos 10 años que existe y creemos que ya es posible utilizarla a gran escala. Hay retos, pero los veo como oportunidades más que limitaciones.
Arnau Sebé Pedrós, CRG
¿Con qué organismos estáis haciendo esta primera prueba?
Empezaremos con organismos de los que ya sabemos cosas, de los que tenemos datos, protocolos, y que representen diferentes dificultades que podrían aparecer, para ver cómo lo logramos. Estos incluyen organismos muy conocidos, como el gusano C. elegans o la mosca Drosophila, pero también un molusco, un anélido, un erizo de mar, una anémona, una alga parda, una seta, y una hepática (un tipo de planta herbácea).
Los requisitos son que es necesario tener acceso a material de forma fácil y en cantidad, y que haya secuenciado un genoma de calidad de esa especie.
¿Y qué esperáis obtener en estos años?
Con estos organismos más ‘fáciles’ probaremos y compararemos metodologías que puedan ser útiles para realizar atlas celulares en organismos no modelo, para crear un «árbol de decisiones» que nos ayude en el futuro a abordar nuevas especies. Este ‘árbol’ consistirá en una suerte de guía para decidir qué pasos seguir con cada especie: es decir, si con tu especie escogida se dan unas determinadas condiciones favorables (en cuanto a disponibilidad, calidad del genoma, etc.), proponemos el protocolo X; si las condiciones no son tan buenas, otro protocolo más limitado; según cuáles sean las condiciones, quizás no es necesario ni probarlo… También propondremos controles de calidad, métricas para saber si estás yendo por buen camino.
Y, sobre todo, ¡esperamos poder mostrar que vale la pena ampliar el proyecto y llevar a cabo el Atlas de la Biodiversidad Celular!
Artículo escrito en colaboración con Diana Darriba.
