Un atlas de células inmunes revela cómo ha evolucionado nuestro sistema de defensa desde los orígenes de la humanidad

El cuerpo humano alberga dos billones de células dedicadas exclusivamente a defenderse de amenazas externas como virus y bacterias. Estas células cuentan con un arma casi infalible: la adaptación a través de la selección natural. Los patógenos ejercen una presión tan intensa sobre el sistema inmunitario que estas células han evolucionado continuamente a lo largo de las poblaciones humanas. Según un estudio reciente del Centro Nacional de Análisis Genómico (CNAG), publicado en Nature Communications , ciertas células inmunitarias han experimentado un gran grado de adaptación desde que los humanos divergieron de sus parientes evolutivos hace seis millones de años.

Los investigadores del CNAG, en colaboración con investigadores de la Universidad de Arizona, han creado el primer atlas de la historia sobre la adaptación del sistema inmunitario humano, identificando los tipos de células y estados cruciales para la protección del organismo. La inmunidad adaptativa, que actúa como una segunda línea de defensa al retener la memoria de patógenos anteriores, apareció por primera vez en vertebrados con mandíbulas hace unos 400 millones de años. Desde entonces, los genes expresados ​​en las células inmunitarias han evolucionado para adaptarse a las amenazas constantes de bacterias y virus. Solo los genes beneficiosos han persistido en el tiempo a través de la selección natural darwiniana.

Este mapa de adaptación inmunitaria destaca las familias de células inmunitarias más adaptadas, cuyos genes distintivos son tan antiguos como la propia inmunidad adaptativa, pero incluyen cambios evolutivos recientes para combatir las amenazas contemporáneas. La supervivencia de las poblaciones humanas debe mucho a la rápida adaptación de estos genes. Como resultado, el sistema de defensa humano es en gran medida la suma de mutaciones acumuladas durante millones de años, que alguna vez fueron cruciales para combatir enfermedades como la malaria, la peste negra y, más recientemente, la COVID-19.

Según el Dr. Holger Heyn, autor principal del estudio y líder del grupo de genómica de células individuales en CNAG: “Con un enfoque totalmente basado en datos, observando todos los tipos de células en todos los tejidos a la vez, descubrimos que la adaptación humana se produce en sitios estratégicos de entrada de patógenos. Descubrimos que las células inmunes residentes en los tejidos de barrera son nuestra primera línea de defensa y han sido moldeadas por desafíos externos durante la evolución humana”.

 Células inmunes de primera línea: las más adaptadas

La investigación se basa en datos transcriptómicos del proyecto internacional Human Cell Atlas , cuyo objetivo es mapear todas las células humanas. Este estudio, parte del Human Cell Atlas, analizó la expresión génica en 1,2 millones de células inmunes de varios órganos, incluida la médula ósea, el sistema digestivo, el hígado y los pulmones, tanto en etapas prenatales como adultas. El equipo de Heyn identificó los genes más distintivos en diferentes tipos de células y utilizó un enfoque de genética de poblaciones para integrar los datos genómicos humanos con los de los primates más cercanos a los humanos. Esto les permitió determinar las tasas de adaptación de los genes y crear un mapa completo de adaptación celular. El mapa captura dos momentos críticos en la evolución del sistema inmunológico: su formación inicial y un estado más avanzado determinado por la interacción y la presión de los patógenos.

Las tasas de adaptación más altas se encontraron en células críticas para mantener el equilibrio del cuerpo (homeostasis) y células de primera línea en contacto directo con patógenos. Estos tejidos de primera línea sirven como barreras naturales contra virus y bacterias invasores. Por ejemplo, las células T de memoria residentes (Trm) y las células Natural Killer (NK), responsables de eliminar infecciones, están altamente adaptadas. Estas células brindan respuestas inmunitarias rápidas para prevenir la propagación, mutación y reaparición de patógenos invasivos. Un ejemplo de altas tasas de adaptación se encuentra en los pulmones, un punto de entrada primario para los patógenos respiratorios.

Según el Dr. Irepan Salvador-Martínez, primer autor del estudio e investigador del CNAG: “Este estudio nos proporciona una visión retrospectiva de las fuerzas evolutivas que configuran nuestro sistema inmunológico. Los hallazgos son particularmente significativos, ya que muestran que las células altamente adaptadas, como las células Trm, desempeñan un papel inmunológico crucial contra los patógenos y tienen potencial para el diseño avanzado de vacunas”.

Además, el estudio empleó un enfoque de filoestratigrafía genética, clasificando los genes por períodos evolutivos en función de su apariencia. Esto reveló que la mayoría de los tipos de células están enriquecidos con genes del período en el que surgieron los vertebrados con mandíbulas, hace unos 400 millones de años.

Referencia bibliográfica: Salvador-Martínez, Irepan, et al. 'Adaptación en células inmunes humanas residentes en tejidos en la primera línea de las infecciones'.Nature Communications, vol. 15, nov. 2024, p. 10329. www.nature.com , https://doi.org/10.1038/s41467-024-54603-5 .