María Colomé-Tatché trabaja en la creación del atlas celular humano: "Nos permite entender y contextualizar enfermedades"

Todas nuestras células contienen exactamente el mismo ADN. Sin embargo, ninguna se comporta igual. Una neurona transmite impulsos eléctricos; una célula del páncreas regula la glucosa; una del sistema inmunitario detecta amenazas invisibles. ¿Cómo puede el mismo manual genético dar lugar a funciones tan distintas?

Durante años, la explicación pareció estar en los genes. Hoy sabemos que esa respuesta era incompleta. La clave no es solo qué genes tenemos, sino cuáles se activan, cuándo y en qué célula.

En ese territorio —entre el ADN y la función— se mueve el Atlas Celular Humano (Human Cell Atlas, HCA), una iniciativa internacional que está redefiniendo la biología de precisión y abriendo nuevas vías para entender enfermedades como el cáncer o el alzhéimer.

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Maria Colomé-Tatché, investigadora en el Centro Biomédico de la Facultad de Medicina de la Universidad Ludwig-Maximilians de Múnich y en el Instituto de Biología Computacional del Centro Alemán de Investigación de Salud Medioambiental, trabaja precisamente en ese nivel intermedio.

Su especialidad es el epigenoma, la capa de modificaciones químicas que regula la actividad del ADN sin alterar su secuencia. Y, un ratito antes de su intervención en la 18.ª edición del ‘Ciclo de conferencias y debates en ciencias’ organizado por Fundación Ramón Areces y Springer Nature, se ha parado a hablar con ENCLAVE ODS para explicarnos qué es realmente esto del HCA.

"Todas las células tienen los mismos genes; lo que hace que hagan cosas distintas es qué genes están expresados y cuáles están silenciados", explica. Y es que si el genoma es el texto completo de un libro, el epigenoma es el sistema de marcas que indica qué capítulos deben leerse en cada momento.

María Colomé-Tatche durante su intervención en el ciclo celebrado este febrero en la Fundación Ramón Areces. Fundación Ramón Areces

"Cuando miramos la expresión genética, vemos lo que la célula está haciendo; cuando miramos el epigenoma, entendemos cómo ha llegado a ser lo que es", indica Colomé-Tatché. Todas las células comparten el mismo texto, pero no leen las mismas páginas. Esa selección determina su identidad.

El interruptor celular

Ese mecanismo permite que, a partir de una única célula embrionaria, se forme un organismo completo. "Hay células que todavía no están realizando una función concreta, pero a nivel epigenético están preparadas para responder de forma distinta", señala.

Es decir, existen poblaciones celulares latentes que solo se revelan cuando aparece una lesión, una infección o un tratamiento. Pero eso es algo que no se ha podido conocer hasta que la irrupción de la secuenciación de célula única ha permitido observarlas.

"Antes estudiábamos órganos completos y de forma muy general; ahora podemos medir células individuales, su fenotipo y su función", afirma. El resultado ha sido descubrir que tejidos que parecían homogéneos contienen múltiples subtipos especializados.

En el hígado, por ejemplo, "un hepatocito no es simplemente un hepatocito". Algunos están mejor preparados para metabolizar lípidos, otros azúcares y otros compuestos distintos. Esta diversidad explica por qué ciertas enfermedades afectan solo a una parte del tejido.

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"Una vez vemos que hay más variación de la que pensábamos, podemos preguntarnos si en una enfermedad un subtipo celular está más afectado que otro". Y ahí, precisamente, es donde se sitúa el Atlas Celular Humano.

El objetivo es analizar cada célula existente en el organismo. "La idea es generar una gran base de datos que describa qué es lo normal, una referencia de salud, y luego mapear encima qué cambia cuando aparece la enfermedad", resume.

Ese mapa permitirá entender "las razones moleculares por las que desarrollamos determinadas patologías y avanzar mucho más rápido en nuevas terapias".

El mapa del cuerpo humano

El proyecto solo puede abordarse de forma global. "Habría sido imposible que un único laboratorio midiera todas las células humanas", explica. Por eso, participan grupos especializados en órganos concretos —sistema inmunitario, cerebro, corazón o pulmón— que aportan sus datos al conjunto.

La herramienta clave es la secuenciación unicelular. Tradicionalmente, era necesario analizar millones de células juntas porque cada una contiene muy poco material genético. Sin embargo, los nuevos sistemas de microfluidos permiten encapsularlas en diminutas gotas con reactivos químicos y etiquetarlas con códigos de barras moleculares.

María Colomé-Tatche es investigadora del Centro Biomédico de la Universidad Ludwig-Maximilians de Múnich. Fundación Ramón Areces

Cada célula aporta información parcial, porque, en muchas ocasiones, reconoce Colomé-Tatché, solo consiguen "un 10% de la información total; el resto se pierde". Aunque, afortunadamente, la gran cantidad de muestras compensa esa limitación y, de la mano del maching learning, pueden llegar a "entender lo que hace la población".

Aquí entra el trabajo de su grupo, formado en gran parte por físicos, ingenieros y bioinformáticos. "Nuestro objetivo es desarrollar métodos que permitan a biólogos y clínicos extraer la información importante de esos datos masivos". Porque el reto, insiste, ya no es generar datos, sino interpretarlos.

El atlas, además, abre nuevas preguntas. Y es que, según advierte, "no basta con estudiar 40 donantes europeos y decir cómo es un páncreas humano". La variación genética entre poblaciones influye en la predisposición a patologías, por lo que el siguiente paso es integrar esa diversidad en el mapa celular global.

Medicina personalizada

El impacto potencial para los pacientes es directo. "Ahora, tratamos muchas enfermedades de forma muy genérica sin saber exactamente qué células están causando el problema", explica. El ejemplo más evidente es el cáncer, pues la quimioterapia elimina células que se dividen rápido, pero no distingue entre los distintos subtipos presentes en el tumor.

Con el atlas, el enfoque sería distinto. "Podríamos secuenciar el tumor de un paciente, identificar cuántos subtipos celulares tiene y elegir tratamientos dirigidos a cada uno de ellos", señala.

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El mismo principio se aplicaría a la diabetes —determinando qué células dejan de producir insulina— o al sistema inmunitario, donde algunas células generan memoria inmunológica más duradera.

También existen aplicaciones en neurología. Tras un ictus mueren neuronas, pero "otras células del cerebro podrían reentrenarse para convertirse en neuronas mediante remodelación epigenética". Por ese motivo, comprender este proceso abriría vías para la regeneración neuronal.

El objetivo final es comparar las células de un paciente con millones de esta previamente catalogadas para ver "qué les está pasando y qué tratamiento funcionará mejor". Para, de este modo, tomar decisiones terapéuticas más rápidas y específicas.

El grupo de Maria Colomé-Tatché está interesado en comprender cómo surgen los diferentes epigenomas. Fundación Ramón Areces

La consecuencia sería una medicina mucho más personalizada. "En lugar de un tratamiento para todos, elegiríamos el tratamiento según el tipo celular afectado", afirma.

Por el momento, esta ciencia aún está en construcción, pero ya ha cambiado la forma de mirar el cuerpo. La enfermedad deja de entenderse como un fallo de órganos completos y pasa a interpretarse como una alteración precisa en comunidades celulares concretas.

Y es que observar el organismo célula a célula no solo aumenta el conocimiento biológico. Redefine el propio concepto de diagnóstico y tratamiento.