La complexitat dels boscos tropicals (Yadvinder Mali, Premi Ramon Margalef 2025)

Ecologia d'ecosistemes Ahir el Govern de la Generalitat anunciava la concessió del 21è Premi Ramon Margalef d’Ecologia a Yadvinder Malhi "per les seves importants contribucions a la integració de l’ecologia dels ecosistemes a les ciències del sistema Terra, especialment pel que fa als boscos tropicals."

Yadvinder Malhi

Yadvinder Singh Malhi (ਯਦਵਿੰਦਰ ਸਿੰਘ ਮਲਹੀ) (*High Wycombe, Buckinghamshire, 1968) estudià a la Southend High School for Boys. En el 1990 es graduà en física al Queen's College de Cambridge. En el 1993 es doctorà en meteorologia a la University of Reading amb una tesi sobre el flux de calor sensible de superfícies heterogènies, co-supervisada per Alan Ibbetson i George Dugdale. En el 2005 coedità amb Oliver Phillips el llibre Tropical Forests and Global Atmospheric Change. En el 2007 fou un dels contribuïdors al Quart Report de Valoració del Panell Intergovernamental sobre Canvi Climàtic. Entre el 2017 i el 2019 presidí l’Association for Tropical Biology and Conservation (ATBC.

Actualment és professor de ciència d’ecosistemes a la School of Geography and the Environment de la University of Oxford. També és el president de la British Ecological Society.

Els boscos tropicals en el canvi global

Malhi i Phillips crearen la xarxa RAINFOR de parcel·les de bosc tropical de la Conca de l'Amazones amb l’objectiu d’estudiar-hi l’ecologia forestal (Malhi et al., 2008; Coelho de Souza et al., 2016). Més endavant Malhi contribuí a l'establiment d'un transecte al Perú des de l’Amazones fins als Andes. Un hereu d’aquests esforços és el Global Ecosystem Monitoring (GEM), que actualment estudia la productivitat i el cicle de carboni en ecosistemes tropicals d’Amazones-Andes, Àfrica Central i Occidental, i Malàisia (Malhi et al., 2021). Aquesta recerca s’enfoca especialment al rol que els ecosistemes forestals tenen sobre el cicle del carboni en l’actual context d’augment del CO₂ atmosfèric (Grace et al., 1995; Malhi et al., 1999; Malhi & Phillips, 2004; Clark et al., 2017).

El projecte Dieback estudia l’impacte de la regressió en els boscos amazònics. Un concepte clau d’aquesta regressió és la biodiversitat (Díaz & Malhi, 2022).

Malhi és el director del Leverhulme Centre for Nature Recovery, dedicat a revertir la pèrdua de biodiversitat i la degradació d'ecosistemes. L’activitat d’aquest centre gira al voltant de tres objectius:
1) Entendre els factors societaris, biofísics, polítics i sistèmics que permeten o obstaculitzen la recuperació de la natura.
2) Enfortir eines, tecnologies i marcs per a una recuperació de la natura efectiva, equitativa i escalable.
3) Establir una comunitat inclusiva de recuperació de la natura arrelada a Oxford.

Amb el pas dels anys la recerca de Malhi ha entrat més en ecosistemes extratropicals. En el context proper d’Oxfordshire participa en el projecte HERO (Healthy Ecosystem Restoration in Oxfordshire). Des del 1942, la Universitat d’Oxford és la propietària de Wytham Woods, uns 1000 acres on s’han comptat més de 500 espècies de plantes o 800 espècies de lepidòpters.

Com en altres llocs, els freixes de Wytham Woods es troben amenaçat per la infestació del fong Hymenoscyphus fraxineus. Malhi participa en un projecte sobre l’impacte multitròfic d’aquesta malaltia descendent del freixe.

Malhi també participa en un projecte sobre el funcionament dels boscos temperats de Xile de Fitzroya cupressoides (Urrutia-Jalabert et al., 2015).

Malhi participa en el projecte Bertarelli sobre l’impacte de programes d’erradicació de rates en arxipèlags de l’Índic (Chagos, Seychelles) i del Pacífic (Polinèsia Francesa).

Lligams:

- Pàgina web de Yadvinder Malhi.

- L'ecologista d'ecosistemes Yadvinder Malhi, guanyador del 21è Premi Ramon Margalef d'Ecologia 2025, comunicació del Govern.

- Carbon Dioxide Uptake by an Undisturbed Tropical Rain Forest in Southwest Amazonia, 1992 to 1993. John Grace, Jon Lloyd, John McIntyre, Antonio C. Miranda, Patrick Meir, Heloisa S. Miranda, Carlos Nobre, John Moncrieff, Jon Massheder, Yadvinder Malhi, Ivan Wright, John Gash. Science 270: 778-780 (1995).

- The carbon balance of tropical, temperate and boreal forests. Y. Malhi, D. D. Baldocchi, P. G. Jarvis. Plant, Cell & Environment 22: 715-740 (1999).

- Tropical forests and global atmospheric change: a synthesis. Yadvinder Malhi, Oliver L. Phillips. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 359: 549-555 (2004).

- Tropical Forests and Global Atmospheric Change. Oxford University Press (2005).

- Climate Change, Deforestation, and the Fate of the Amazon. Yadvinder Malhi, J. Timmons Roberts, Richard A. Bettes, Timothy J. Killeen, Wenhong Li, Carlos A. Nobre. Science 319: 169-172 (2008).

- The Oldest, Slowest Rainforests in the World? Massive Biomass and Slow Carbon Dynamics of Fitzroya cupressoides Temperate Forests in Southern Chile. Rocio Urrutia-Jalabert, Yadvinder Malhi, Antonio Lara. PLoS One (2015).

- Evolutionary heritage influences Amazon tree ecology. Fernanda Coelho de Souza, Kyle G. Dexter, Oliver L. Phillips, Roel J. W. Brienen, Jerome Chave, David R. Galbraith, Gabriela Lopez Gonzalez, Abel Monteagudo Mendoza, R. Toby Pennington, Lourens Poorter, Miguel Alexiades, Esteban Álvarez-Dávila, Ana Andrade, Luis E. O. C. Aragão, Alejandro Araujo-Murakami, Eric J. M. M. Arets, Gerardo A. Aymard C, Christopher Baraloto, Jorcely G. Barroso, Damien Bonal, Rene G. A. Boot, José L. C. Camargo, James A. Comiskey, Fernando Cornejo Valverde, Plínio B. de Camargo, Anthony Di Fiore, Fernando Elias, Terry L. Erwin, Ted R. Feldpausch, Leandro Ferreira, Nikolaos M. Fyllas, Emanuel Gloor, Bruno Herault, Rafael Herrera, Niro Higuchi, Eurídice N. Honorio Coronado, Timothy J. Killeen, William F. Laurance, Susan Laurance, Jon Lloyd, Thomas E. Lovejoy, Yadvinder Malhi, Leandro Maracahipes, Beatriz S. Marimon, Ben H. Marimon-Junior, Casimiro Mendoza, Paulo Morandi, David A. Neill, Percy Núñez Vargas, Edmar A. Oliveira, Eddie Lenza, Walter A. Palacios, Maria C. Peñuela-Mora, John J. Pipoly, Nigel C. A. Pitman, Adriana Prieto, Carlos A. Quesada, Hirma Ramirez-Angulo, Agustin Rudas, Kalle Ruokolainen, Rafael P. Salomão, Marcos Silveira, Juliana Stropp, Hans ter Steege, Raquel Thomas-Caesar, Peter van der Hout, Geertje M. F. van der Heijden, Peter J. van der Meer, Rodolfo V. Vasquez, Simone A. Vieira, Emilio Vilanova, Vincent A. Vos, Ophelia Wang, Kenneth R. Young, Roderick J. Zagt, Timothy R. Baker. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences 283: 1587 (2016)

- Erosion of organic carbon from the Andes and its effects on ecosystem carbon dioxide balance. K. E. Clark, R. G. Hilton, A. J. West, A. Robles Caceres, D. R. Gröcke, T. R. Marthews, R. I. Ferguson, G. P. Asner, M. New, Y. Malhi. Journal of Geophyisical Research: Biogeosciences 122: 449-469 (2017).

- The Global Ecosystems Monitoring network: Monitoring ecosystem productivity and carbon cycling across the tropics. Yadvinder Malhi, Cécile Girardin, Daniel B. Metcalfe, Christopher E. Doughty, Luiz E.O.C. Aragão, Sami W. Rifai, Immaculada Oliveras, Alexander Shenkin, Jesus Aguirre-Gutiérrez, Cecilia A.L. Dahlsjö, Terhi Riutta, Erika Berenguer, Sam Moore, Walter Huaraca Huasco, Norma Salinas, Antonio Carlos Lola da Costa, Lisa Patrick Bentley, Stephen Adu-Bredu, Toby R. Marthews, Patrick Meir, Oliver L. Phillips. Biological Conservation 253: 108889 (2021).

- Biodiversity: Concepts, Patterns, Trends, and Perspectives. Sandra Díaz, Yadvinder Malhi. Annual Review of Environment and Resources 47: 32-63 (2022).

L’autooligofosforilació de la nucleòsid-difosfat-cinasa A

Enzimologia: El grup de recerca de Dorothea Fiedler sobre biologia química de la transducció de senyals treballa especialment en el rol que el fosfat té en les cascades de senyalització proteica i en les xarxes metabòliques. Al capdavall, la fosforilació de proteïnes és un mecanisme de senyalització central en la cèl·lula eucariòtica. La fosforilació constitueix un dels tipus més habituals de modificació post-traduccional de proteïnes. Habitualment, es tracta d’una monofosforilació, però també hi ha casos de pirofosforilació i de polifosforilació. El laboratori de Fiedler ha trobat un altre cas, l’autooligofosforilació, tal com expliquen en un article a Nature Chemistry amb el doctorand Arif Çelik com a primer autor. Çelik et al. han estudiat els efectes en l’activitat enzimàtica de la nucleòsid-difosfat-cinasa A (NME1) que produeixen la fosforilació i pirofosforilació específica de lloc. Trobaren que la fosforilació en el residu de treonina-94 (Thr94, S94) redueix l’activitat enzimàtica. Encara més ho fa la pirofosforilació, que consisteix en l’addició d’una cadena de dos grups fosfat (difosfat o pirofosfat). La fosfoproteïna i la pirofosfoproteïna resultants, però, són capaces de catalitzar la seva pròpia oligofosforilació, emprant ATP com a cofactor, i arribat a la formació d’una cadena de sis grups fosfats (hexafosfat). Aquesta oligofosforilació depèn de manera crítica del residu catalític histidina-118 (His-118). L’anàlisi de microscòpia electrònica criogènica fa pensar en un mecanisme de transferència intramolecular del grup fosforil. L’oligofosforilació de NME1 en mostres bioquímiques i en lisats cel·lulars ha estat confirmada per espectrometria de masses. Entre els efectes de l’oligofosforilació hi ha la promoció de tota una sèrie d’interaccions de proteïnes.

Çelik et al. mostren que la proteïna NME1 és capaç de realitzar una oligofosforilació autocatalítica en el residu S94

La fosforilació de proteïnes

La fosforilació de proteïnes té un paper central en la senyalització cel·lular participant en la regulació d’un ample ventall de processos biològics. En general, consisteix en l’addició d’un grup fosfat a residus de serina o treonina (reacció catalitzada per les serin-treonin-cinases) o a residus de tirosina (reacció catalitzada per les tirosin-cinases). Les anàlisis fosfoproteòmiques de dalt-a-baix han permès l’anotació de milers de llocs o residus de fosforilació en un sol experiment. Hom ha desenvolupat també anticossos pan-específics capaços de detectar fosfotirosines (pY), fosfoserines (pS) i fosfotreonines (pT) en seqüències específiques. El Banc de Dades de Proteïnes (PDB) conté moltes estructures de proteïnes fosforilades.

Més enllà d’aquesta ‘monofosforilació canònica de serines, treonines i tirosines’, el fosfoproteoma de mamífers conté altres tipus de fosforilació. Hi ha fosforilacions d’histidines, arginines, cisteïnes, aspartats, glutamats i lisines. Hom ha desenvolupat anticossos per a la detecció de fosfohistidines (pHis) i de fosfoarginines (pR).

Un altre exemple de fosforilació no-canònica és la pirofosforilació, que consisteix en l’addició d’un altre grup fosfat sobre pS o pT. Això es fa a través de missatgers d’inositol-pirofosfat, i en resulta un residu pirofosforilat (o difosforilat).

També existeix la polifosforilació. Això consisteix en l’addició de cadenes de polifosfat inorgànic (poliP) a proteïnes que contenen dominis PASK (caracteritzats per la riquesa de residus poliacídics, de serina i de lisina).

Hom ha utilitzat l’espectrometria de masses per identificar vora 150 llocs de pirofosforilació. Alguns d’aquests llocs es troben en seqüències consens dirigides per prolines. És el cas d’algunes protein-cinases, com ara la nucleòsid-difosfat-cinasa A (NME1).

La NME1 és un enzim multifuncional. Hom ha observat que es troba pirofosforilat en el residu Thr94 en cèl·lules humanes. La NME1 participa en la síntesi de nucleòsid-trifosfats diferents de l’ATP. Ho fa catalitzant la transferència del grup γ-fosforil de l’ATP cap a un nucleòsid-difosfat (NDP), a través d’un intermediari de fosfohistidina en el seu centre actiu.

NME1, a més, és una serin/treonin-cinasa, i fosforila proteïnes com la KSR1. Hom postula que també és una histidin-cinasa, i s’ha observat aquesta activitat in vitro sobre l’ATP-citrat-liasa o sobre la succinat-tiocinasa.

Hom ha caracteritzat la NME1 com un supressor de metàstasi en melanomes i càncers de mama. Ara bé, la fosforilació de NME1 en les posicions Ser120, Ser122 i Ser125, han estat vinculades a la progressió tumoral. La posició més sovint fosforilada de NME1 és Thr94, situada a prop del lloc d’unió a ATP.

Çelik et al. han aconseguit la síntesi i caracterització de la NME1 estequiomètricament fosforilada i pirofosforilada en Thr94. La fosforilació redueix l’activitat NDP-cinasa, i la pirofosforilació la suprimeix completament.

En el marc de l’anàlisi per espectrometria de masses i microscòpia electrònica criogènica, Çelik et al. trobaren inesperadament la formació autocatalítica ATP-dependent d’una cadena d’oligofosfat en Thr94. Aquesta autocatàlisi tenia lloc in vitro amb l’únic requeriment inicial de l’addició d’un grup monofosfat per part de la CDK1.

Çelik et al. estiraren del fil i trobaren que la NME1 oligofosforilada és present és lisats cel·lulars. També comprovaren que l’oligofosforilació té conseqüències en la capacitat d’interacció de la NME1 amb altres proteïnes.

La generació de NME1 fosforilada i pirofosforilada

Çelik et al. començaren l’estudi amb la intenció d’aconseguir proteïna NME1 fosforilada i pirofosforilada a Thr94 d’una manera específica de posició i amb una estequiometria coneguda. Per fer-ho aplicaren un mètode que combina la supressió del codó ambre de terminació de cadena proteica amb una reacció quimioselectiva basada en un reactiu fotolàbil P-imidazòlid.

D’entrada es focalitzaren en l’expressió de pT94-NME1 en el bacteri Escherichia coli. Assoliren la fosfoproteïna pT94-NME1 amb alta puresa, però amb un rendiment baix (0,05 mg/L, quan podien assolir la NME1 sense fosforilar a 33 mg/L). Optaren per fer la substitució T94S, amb l’esperança que la pS94-NME1 funcionaria millor. El rendiment pujà a 0,75 mg/L.

La pS94-NME1 té un massa molecular de 18168 Da. Aplicant la tècnica de derivatització obtingueren R-ppS94-NME1, cosa que verificaren amb una espectrometria de masses (Q-TOF-MS). La ppS94-NME1 té una massa molecular de 18248 Da.

La pirofosforilació de redueix l’activitat NDP-cinasa de NME1

Amb un assaig estàndard de cinasa amb els substrats GDP i TDP, acoblada a monitorització de consum d’ATP, comprovaren que la pirofosforilació redueix aquesta activitat enzimàtica. La pT94-NME1 té una activitat 100 vegades inferior a la NME1. La pS94-NME1 té una activitat igualment reduïda. La ppS94-NME1 no té pràcticament activitat NDP-cinasa.

Com que Thr94 es troba adjacent al lloc d’unió de nucleòtids, Çelik et al. pensaven que la fosforilació i la pirofosforilació dificulta l’accés de l’NDP. Així podria haver una correlació amb la fosforilació de la His118, que participa en l’activitat NDP-cinasa. L’ús d’un anticòs pan-específic de pHis mostrava que aquest no era el cas, i que la pS94-NME1 té uns nivells de pHis118 semblants a la NME1 originària.

Quan la ppS94-NME1 era incubada amb ATP es generava l’addició de quatre o cinc grups fosforils, manifestats en augments de la massa molecular de 360 i de 400 Da. La ppS94-NME1(H118F) no experimentava aquesta hiperfosforilació.

L’auto-oligofosforilació de NME1

Çelik et al. decidiren aprofundir en aquesta hiperfosforilació de ppS94-NME1. La digestió amb tripsina i anàlisi per MS/MS no mostrava cap lloc addicional de fosforilació.

L’anàlisi per espectrometria de masses indicava desplaçaments de 184 Da i 213 Da, atribuïbles a grups fosfats i a ions d’Al³⁺ i de Fe³⁺. En Ser94 trobaven entre 3 i 5 grups fosforils. Amb una optimització de la tècnica de MS trobaren finalment pèptids amb fins a 6 grups fosforils, sempre quelant ions d’Al³⁺ i de Fe³⁺.

Aquesta oligofosforilació també era observada sense tractament amb ATP. En pS94-NME1 directament obtinguda d’E. coli també s’observaven la formació de cadenes d’oligofosfat en la Ser94. Aquestes cadenes eren absents en pS94-NME1(H118F). Això suggeria una transferència autocatalític de fosforil entre His118 i Ser94. Pel que fa a la pT94-NME1 també es detectava piro- i oligofosforilació en la Thr94.

L’oligofosforilació de NME1 en cèl·lules HEK293T

Çelik et al. lisaren i digeriren la línia cel·lular humana HEK293T. Els homogenats eren tractats amb λ-fosfatasa. Hi trobaren pèptids NME1 pirofosforilats, trifosforilats i tetrafosforilats. Aquesta oligofosforilació es feia a Thr94. La piro- i tri-fosforilació suposa quantitativament un 8-15% de la monofosforilació.

La fosforilació per CDK1 redueix l’activitat NDP-cinasa

La incubació de NME1 amb CDK1 en presència d’ATP i de MgCl₂ condueix a la fosforilació de la Thr94 de NME1. Això resulta en una disminució de l’activitat NDP-cinasa de NME1.

L’estructura de la ppS94-NME1

La crio-EM i l’anàlisi de partícula única (SPA) permeten Çelik et al. de visualitzar les alteracions estructurals de NME1 arran de la fosforilació i de la pirofosforilació. El grup fosforil de pS94-NME1 s’orienta cap a la cadena lateral d’His118. Això encara és més marcat en ppS94-NME1, amb la formació d’un possible pont d’hidrogen entre l’N1 d’His118 i el grup fosfat terminal de ppS94. La proximitat és encara major amb la pppS94-NME1.

Moltes proteïnes interactuen preferentment amb l’oligo-pS94-NME1

Çelik et al. incubaren lisats de HEK293T amb NME1 o amb pS94-NME1. Aquesta tècnica permet la detecció de proteïnes que interactuen amb NME1. En total detectaren 200 proteïnes interactores amb NME1, de les quals identificaren 70. La immensa majoria d’aquestes interaccions no eren afectades per la monofosforilació en S94.

La cosa era diferent amb oligo-pS94-NME1. Molts interactors, certament, mantenen les mateixes preferències, però hi ha 80 proteïnes que mostren una associació preferencial amb oligo-pS94-NME1. Entre aquestes proteïnes trobem representades les que participen en l’espliceosoma (CDC5L, PRPF40A, DDX41, CWC27, CWC22, SRRM1, SRPK1, SART1, PNN, PRPF6, TRA2B, SNIP1, RNPS1, PPIL3). També hi trobem la DYRK1A, l’exopolifosfatasa PRUNE1 i la pirofosfatasa 1 (PPA1). És intrigant que ni la PRUNE1 ni la PPA1 tinguin una activitat defosforilada per a oligo-pS94-NME1.

Sigui com sigui, Çelik et al. ens han introduït a l’oligofosforilació com a mecanisme de modificació post-traduccional de proteïnes.

Lligams:

- Nucleoside diphosphate kinase A (NME1) catalyses its own oligophosphorylation. Arif Celik, Felix Schöpf, Christian E. Stieger, Sarah Lampe, Björn Hanf, Jeremy A. M. Morgan, Max Ruwolt, Fan Liu, Christian P. R. Hackenberger, Daniel Roderer & Dorothea Fiedler. Nature Chemistry (2025).

Indicis de canibalisme neolític a la cova de El Mirador (Sierra de Atapuerca)

Paleoantropologia: A la cova El Mirador, a la Sierra de Atapuerca, hom ha trobat restes humanes que mostren pràctiques de canibalisme en la prehistòria tardana, del neolític a l’Edat de Bronze. A principi de segle hom trobà sis individus de la primera Edat de Bronze, d’una antiguitat de 4600-4100 anys, que mostraven signes de consum humà. Excavacions posteriors han descobert restes més antigues amb modificacions culturals similars. Palmira Saladié, Francesc Marginedas i Antonio Rodríguez-Hidalgo, de l’Institut Català de Paleoecologia Humana i Evolució Social (IPHES), són els autors corresponsables d’un article a la revista Scientific Reports en el que fan una anàlisi estatística bayesiana de dades de radiocarboni. Amb ella identifiquen un esdeveniment únic anterior, d’una antiguitat de 5709-5573 anys, desconnectada, doncs, de les troballes de l’Edat de Bronze. Les anàlisis isotòpiques 87Sr/86Sr indicarien que aquestes restes canibalitzades serien d’origen local. Saladié et al. ho entenen en el context del final de l’ocupació neolítica de la cova, i conclouen que no es tractaria d’un comportament habitual. Donada l’edat dels individus canibalitzats i les condicions ambientals, no seria un comportament en resposta a la fam. Els autors opinen que es tractaria d’un cas de violència intergrupal.

Espècimens ossis humans amb marques de mastegament humà trobats a la cova El Mirador.

Mort i canibalisme en les societats prehistòriques tardanes

Palmira Saladié és especialment interessada en les estratègies de subsistència de les poblacions pleistocèniques de la Península Ibèrica. En aquesta recerca, però, Saladié et al. entren en el neolític. El punt de partida són les evidències al voltant de les pràctiques funeràries de la Península Ibèrica entre el neolític i la cultura del vas campaniforme, ja en el calcolític. La diversitat d’aquestes pràctiques seria un indici sobre la forma d’encarar la mort en aquestes societats. Al principi (fa 7500-6000 anys), la pràctica funerària es redueix gairebé a la simple deposició del cadàver. En etapes posteriors el comportament funerari complex es fa més habitual. Així apareixen soterraments secundaris, o bé es fa un enterrament primari barreja amb altres elements (restes faunístiques, llavors, artefactes de pedra o de ceràmica). Seria un signe de diferenciació social que al costat de tombes amb ofrenes n’hi hagi sense. Des del Neolític Mitjà fins al Calcolític es fan habituals els soterraments col·lectius en estructures megalítiques o en coves. En l’Edat de Bronze hi ha un desplaçament gradual en sentit contrari, de tombes col·lectives a individuals.

No és fàcil interpretar les restes funeràries que indiquen una manipulació del cadàver. Habitualment hom interpreta aquesta manipulació com una internalització simbòlica del difunt o com la destrucció ritual del cos d’un enemic. Costa diferenciar d’allò que es fa en un context de dol o de commemoració, d’altres tipus d’activitats.

En el 2009, foren descrites una sèrie de restes humanes del nivell d’Edat de Bronze MIR4 de la cova d’El Mirador (Serra d’Atapuerca) que foren datades amb una antiguitat de 3946 ± 385 anys. Aquestes restes presentaven en abundàncies modificacions tafonòmiques que indicarien un possible episodi de canibalisme. Excavacions posteriors en la mateixa cova han trobat altres restes humanes amb modificacions culturals semblants. Les troballes es corresponen a diferents èpoques (nivells arqueològics) i a diferents zones (des de tanques per a bestiar fins a zones d’enterrament).

Saladié et al. han fet una anàlisi tafonòmica detallada d’aquestes restes. Han aplicat una tècnica directa de radiocarboni per datar alguns espècimens. Amb una anàlisi de la ratio isotòpica entre l’estronci-87 i l’estronci-86 (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr) volen escatir l’origen geogràfic de les restes.

La cova d’El Mirador

La cova d’El Mirador fa part del sistema càrstic situat en el vessant meridional de la Sierra de Atapuerca. Des del 1999 s’hi fan treballs arqueològics. Aquests s’han realitzat en tres sectors independents:
- un pou de prova al centre de la cova.
- un sector situat en la galeria nord-occidental (Sector 100 o S100).
- un sector situat la galeria nord-oriental (Sector 200 o S200).

Aquests treballs arqueològics han posat de manifest capes corresponents a diferents fases d’ocupació, des del Neolític fins a l’Edat de Bronze Mitjana. Això es correspon cronològicament a unes antiguitats de 5593 a 3487 anys. De moment s’hi han catalogat 5056 restes humanes, procedents de quatre contextos arqueològics. Saladié et al. han estudiat algunes d’aquestes restes humanes sota l’autorització de l’equip arqueològic responsable i les guies ètiques d’estudis de restes humanes antigues.

En un petita fossa excavada en el nivell MIR4 identificaren 157 restes humanes. En els nivells MIR2 i MIR3 trobaren cinc restes humanes. Totes aquestes restes mostraven importants modificacions antropogèniques, que conduïen a la conclusió que serien un indici de canibalisme humà prehistòric corresponent a l’Edat de Bronze. La presència de cranis convertits possiblement en copes indicaria un consum cerimoniós, dels quals les voltes cranials farien de recipient. Els nivells MIR4-MIR3A es correspondrien a una ocupació en temps de l’Edat de Bronze mitjana, amb una antiguitat de 3811-3487 anys.

Els nivells MIR24-MIR6 del Pou de Prova es corresponen al neolític, i s’associen amb activitats ramaderes. Tindrien una antiguitat de 5593-5331 anys.

En S100 trobaren un soterrament individual. Es tractava de l’esquelet articulat gairebé complet d’un individu jove, corresponent al nivell MIR106. El cos havia estat dipositat en un entrant de la roca, dins de la cova. La datació per radiocarboni indicava una antiguitat de 3824-3575 anys, és a dir corresponent a l’Edat de Bronze Mitjana. En aquestes restes no hi havia modificacions antropogèniques. En general, sembla que S100 era un sector de la cova utilitzat principalment com a tancat per al bestiar, amb un ús continuat entre el Neolític i l’Edat de Bronze, tan sols interromput pel citat enterrament.

S200 es correspon a una petita cambra natural de la cova. Allà han estat recuperades 4097 restes humanes, corresponents a un mínim de 38 individus. Aquesta cambra s’utilitzaria per a la deposició funerària col·lectiva durant el calcolític (nivell MIR203). El radiocarboni indica un període de 5214-4421 anys d’antiguitat. Les restes humanes es trobaren acumulades i desarticulades.

L’excavació a S100 i a S200 ha posat de manifest encara un quart grup de restes humanes. Aquests ossos es trobaren barrejats amb material associat amb l’enterrament calcolític col·lectiu i amb activitats relacionades amb l’ús de la cova com a refugi per a ovelles.

Una anàlisi de 650 restes humanes amb modificacions antropogèniques

Saladié et al. es focalitzen en aquest quart grup de restes humanes. Es tracta de 650 restes amb modificacions antropogèniques que no han estat observades en restes corresponent al context funerari però que sí ho han estat amb el cas de canibalisme corresponent al nivell MIR4.

En aquestes 650 restes hi ha indicis de cremació, poliment de recipients, marques de tall, marques de percussió, de pelar i de dents humanes. No totes aquestes modificacions indiquen unívocament un processament antropogènic intencional.

Si hom es fixa en signes directament vinculats al procés d’escorxament (marques de tall, percussió i de pelar), resta un conjunt de 239 restes humanes. Cadascuna presenta una o més d’una d’aquestes modificacions. Aquestes restes pertanyen a diferents nivells d’excavació, si bé la majoria foren trobades en capes de sediment desplaçat i farciments de caus. Reflecteixen una dispersió estratigràfica i espacial, i es troben barrejades amb restes d’enterrament col·lectius i amb activitats vinculades a la ramaderia ovina.

La datació

Saladié et al. dugueren a terme la datació directa de vuit espècimens corresponents a diferents nivells arqueològics. Aquests espècimens exhibien marques de tall i de percussió antropogèniques. Les dates obtingudes són ben consistents malgrat que els vuit espècimens foren trobats en unitats diferents, algunes amb pertorbació estratigràfica. La cronologia que en resulta seria d’una antiguitat de 5709-5573 anys. Això suposa que derivarien d’ocupacions més recents respecte del nivell MIR8. Cal pensar que les restes remunten o bé a una mateixa ocupació o a episodis d’ocupació separats per intervals breus.

La dispersió d’aquestes restes canibalitzades obeiria a processos complexos de sedimentació, principalment d’origen antropogènic. Durant el Neolític i la major part de l’Edat de Bronze Mitjana i Tardana, la cova fou repetidament utilitzada per a activitats ramaderes. Les restes humanes trobades a S100 i les trobades als nivells MIR204 i MIR205 de S200 s’associen amb una dispersió artefactual vinculada a aquestes activitats, amb acumulació de fems i d’altres restes arqueològiques, amb cremes periòdiques per higienitzar l’espai i per reduir el volum de fems. Els nivells MIR101, MIR102, MIR201, MIR202 i MIR206 són capes reordenades i rebliment de caus. El fem generat per l’activitat ramadera era afectat per bioturbació. Per tot plegat les restes humanes canibalitzades foren pertorbades per la redisposició de sediment, quedant dispersades i barrejades amb altres materials.

Els individus implicats

El conjunt d’espècimens de S100 i S200 amb modificacions antropogèniques es correspondria a un nombre mínim d’individus d’11. Això es dedueix de la superposició de porcions proximals i mitjanes de fèmurs, combinades amb estimacions de l’edat en el moment de la mort. D’aquests 11 individus, Saladié et al. estimen l’edat de 7, d’acord amb fragments cranials i mandibulars. D’aquests 7 individus, 2 tindrien menys de 7 anys, 1 entre 10-11 anys, 1 entre 14-16 anys, 1 entre 15-17, 1 entre 20-35 anys i el darrer seria major de 50 anys. Els restants serien adults.

Així doncs, dels 11 individus, un mínim de 3 serien infants, 2 juvenils i 4 adults.

Cremació

28 restes humanes de S100 i 194 de S200 presenten canvis de color associats a la cremació. En 69 d’aquestes restes (31,1%) hi ha marques de talls i/o percussió i/o de pelar.

La cremació pot obeir a processos deliberats o no-deliberats. Les capes de la seqüència d’El Mirador integrades per fems indiquen que s’hi van dur a terme nombrosos cremes periòdiques de fems.

La majoria de cremacions mostres descoloracions cap al marró o al negre. Tan sols en cinc casos hi ha calcinació. Això indicaria que la majoria d’espècimens no foren exposats a temperatures superiors a 300 °C. En qualsevol cas, Saladié et al. no poden afirmar que la cremació tingui una relació unívoca amb el processament dels cossos.

Signes d’ebullició

En 585 espècimens d’ossos hi ha signes d’haver partit un procés d’ebullició: vores lleugerament arrodonides amb una aparença lluent, llisa i translúcida. Vora un terç d’aquests espècimens també presenten marques d’escorxament. Tot plegat indicaria un procés de cocció.

Marques de tall

En 132 restes humanes hi ha marques de tall, indicatives de processos de treure la pell, de desarticulació, desmembrament i evisceració. Hi ha cinc marques de tall en fragments de crani. Hi ha dinous espècimens de costelles amb marques de tall. Les marques de tall són més freqüents en els ossos llargs.

Marques de percussió

En 245 espècimens hi ha indicis de ruptura per tècniques de percussió. Aquestes s’han identificat en fragments cranials, ossos llargs, mandíbules, metacarpals i metatarsals.

Marques de pelar i de mastegar

S’observen marques de pelar en 43 espècimens.

Les marques de dents humanes s’observen sobretot en ossos petits i fràgils, com ara metacarpals i metatarsals.

L’anàlisi d’estronci

Les ratios 87Sr/86Sr van de 0,709169 to 0,710587. Es corresponen a restes femorals de cinc individus. Els valors entren dins del rang de la conca cenozoica. La Sierra de Atapuerca es troba en l’extrem nord-oriental de la Conca Cenozoica de Duero. Així doncs serien probablement individus d’origen local.

Un cas de canibalisme humà prehistòric?

La identificació de canibalisme humà prehistòric a Europa ha crescut en els darrers anys gràcies a l’aplicació de mètodes tafonòmics. Semblaria que aquesta pràctica hauria crescut des de final del Paleolític Superior i del Mesolític, i encara més en el Neolític.

La interpretació de les restes, no obstant, és complexa. Hi ha rituals funeraris que impliquen la decapitació o la desarticulació d’altres elements, implicant-hi doncs la realització de marques de tall. Les marques de tall també poden derivar de ferides rebudes en vida.

Saladié et al., però, creuen que les restes analitzades tenen indicis d’un procés exhaustiu d’escorxament, amb extracció de carn, vísceres, moll de l’os i de cervell. Les marques de tall són abundants.

El conjunt de restes comparteixen una mateixa antiguitat, situada en un moment concret del Neolític tardà. La intensificació del comportament canibalístic en aquest període es fa difícil d’atribuir a una causa. Saladié et al. consideren tres possibilitats:
- tradicions funeràries. El canibalisme apareixeria com una pràctica regeneradora dels parents difunts.
- períodes de fam.
- conflictes intergrupals.

Saladié pensen que l’esdeveniment registrat és massa puntual com per obeir a una pràctica funerària d’endocanibalisme.

Pel que fa a la resposta a una situació de fam, Saladié et al. recorden que el registre ambiental paleobotànic i paleozoològic assenyala que a la Sierra de Atapuerca es vivia un procés d’aridització des de fa 6000 anys, i que arribà a un pic durant l’Edat de Bronze. L’eixutesa es manifesta en un retrocés dels arbres caducifolis en benefici dels perennifolis. Tot i la reducció en la precipitació mitjana, es mantenien les condicions de bosc mixt mediterrani. Sembla que les comunitats agropastorals foren capaces de sortir endavant, tal com reflecteix la baixa incidència de patologies metabòliques en les restes humanes trobades.

De tota manera, Saladié et al. pensen que més aviat es tractaria d’un cas de canibalisme de guerra. Les víctimes haurien estat mortes i consumides per un grup veí extern. Saladié et al. ho relacionen amb un període marcat per una major pressió demogràfica, per la competència sobre recursos i per interacció entre grups mesolítics indígenes i grups neolítics nouvinguts. Aquests factors encara s’intensificarien més en l’Edat de Bronze.

Lligams:

- Evidence of neolithic cannibalism among farming communities at El Mirador cave, Sierra de Atapuerca, Spain. Palmira Saladié, Francesc Marginedas, Juan Ignacio Morales, Josep María Vergès, Ethel Allué, Isabel Expósito, Marina Lozano, Patricia Martín, Javier Iglesias-Bexiga, Marta Fontanals, Roser Marsal, Raquel Hernando, Aitor Burguet-Coca & Antonio Rodríguez-Hidalgo. Scientific Reports 15: 26648 (2025).

El genoma complet d’un individu que va viure en l’Imperi Antic d’Egipte

Paleogenòmica: Els laboratoris d’arqueogenètica de Pontus Skoglund i de Linus Girland Flink han aconseguit la reconstrucció del genoma complet d’un individu que va viure en el període de l’Imperi Antic d’Egipte, tal com expliquen en un article publicat a Nature, amb Adeline Morez Jacobs com a primera autora. Cal recordar que fins ara hom no havia aconseguit el genoma complet de cap ésser humà que hagués viscut a l’antic Egipte, és a dir a l’Egipte del període comprès entre el 3150 a.C. i l’any 30 a.C. Les condicions climàtiques fan poc avinent la preservació de l’ADN. Jacobs et al. pensen que genomes complets d’aquesta civilització poden ajudar a entendre la interconnectivitat regional de l’època. En aquest article es presenten un genoma complet amb un grau de cobertura de 2× corresponent a un home adult soterrat a Nuwayrat (نويرات), a l’Alt Egipte. El radiocarboni indica que aquesta tomba seria del període 2855-2570 a.C., és a dir uns pocs segles després de la unificació de l’Alt i del Baix Egipte, corresponent a allò que els historiadors denominen primer període dinàstic i regne antic d’Egipte. Aquest cos fou soterrat en un pot ceràmic en una tomba tallada a la roca, la qual cosa hauria ajudat a la preservació d’ADN. La majoria del seu genoma es correspon a una ascendència neolítica nord-africana, però vora un 20% es correspondria a l’orient del Creixent Fèrtil, és a dir Mesopotàmia i regions veïnes. Aquesta afinitat genètica és semblant a l’observada en genomes d’Anatòlia i Pròxim Orient del Neolític i de l’Edat de Bronze. Jacobs et al. són conscients que cal conèixer més genomes per entendre la diversitat dels primers egipcis, però les dades d’aquest ja indiquen que els contactes entre Egipte i Mesopotàmia no es limitaren a objectes i imatges (dels quals hi ha testimoni arqueològic en forma d’animals i plantes domèstics, sistemes d’escriptura, etc.) sinó també una forma de migració humana, si més no des de Mesopotàmia a Egipte.

El genoma antic NUE001 es correspon a un individu que va rebre sepultura a Nuwayrat dins d’un pot de ceràmica. Les dades de radiocarboni indiquen que va viure en algun moment del període del 2855-2570 a.C.

La paleogenòmica de l’Antic Egipte

Els egiptòlegs ens diuen que la civilització dinàstica d’Egipte romangué durant milers d’anys, aproximadament entre el 3150 a.C. (sorgiment de la primera dinastia) fins el 30 a.C. (final de la dinastia ptolemaica i incorporació a l’Imperi Romà). L’Antic Egipte ens impressiona per l’arquitectura monumental, per la tecnologia sofisticada, per l’estabilitat relativa dels sistemes de creences, etc. Tenim la impressió que és la civilització humana que més ha perdurat en el temps: més de tres mil·lennis.

La Dinastia I d’Egipte es defineix per l’assoliment de la unificació política del Baix Egipte (nord) i de l’Alt Egipte (sud), que tingué lloc a final del IV mil·lenni a.C. L’Antic Regne d’Egipte es defineix com el període situat entre els anys 2686 a.C. i 2125 a.C. Durant aquests cinc segles llargs, Egipte conegué considerables avenços, reflectits en la construcció del primer complex de piràmide esglaonada del rei Djoser, i en la Gran Piràmide de Giza del rei Khufu. Hom ha assumit que la població de l’Antic Regne d’Egipte era essencialment local o autòctona, amb una aportació limitada de les regions veïnes. Ara bé, les dades arqueològiques indiquen que hi havia importants connexions comercials dins del marc del Creixent Fèrtil, és a dir els països que envolten i inclouen Egipte i Mesopotàmia, ja des del VI mil·lenni a.C. Possiblement ja abans, durant l’anomenada revolució neolítica (domesticació d’animals i plantes), s’articulà aquest espai. A final del IV mil·lenni a.C., amb el creixement de la civilització sumèria a Mesopotàmia el bescanvi cultural continuà a desenvolupar-se. És en aquest darrer període on fan aparició a Egipte innovacions com el torn ceràmic. Les primeres evidències d’escriptura jeroglífica es troben en peces d’ivori de la tomba U-j d’Abidos, datades entre el 3320 i el 3150 a.C.

La bioarqueologia té molt a dir-nos sobre l’antic Egipte. Els estudis de morfologia dental han remarcat la relació dels antics egipcis amb les poblacions de l’Àfrica del Nord i de l’Àsia Occidental. En termes de paleogenòmica, però, no hi ha hagut gaire fortuna. Les primeres tecnologies d’ADN antic foren assajades en restes de l’antic Egipte, però sense èxit. Hom assumí que les condicions climàtiques regionals eren enemigues de la preservació de l’ADN. Tot i amb tot, en el 2017 es publicaren dades d’ADN nuclear de tres individus d’Abusir el-Meleq, que haurien viscut en el període tardà (787-23 a.C.). Ara bé, no es tracta d’un genoma complet, sinó més aviat d’un genotipatge de 90.000 a 400.000 dianes genètiques.

En imaginar-nos l’Antic Egipte som en deute encara amb les escoles històriques del període tardà, que coneixem bàsicament per les referències que Flavi Josep fa de l’historiador egipci Manetó. D’ells derivem la llista d’una trentena de dinasties. Els egiptòlegs moderns les han agrupades en un esquema de períodes estables i de períodes inestables o intermedis. Així, hom parla de tres períodes intermedis, marcats per guerres de gran abast, per l’ocupació de governants estrangers i/o per col·lapse polític intern. Cal pensar que en aquests períodes intermedis es visqueren alteracions de l’estructura genètica de la població egípcia. Per això és valuós disposar del genoma complet anterior al ‘primer període intermedi’, que ens presenten Jacobs et al.

Es tracta d’una seqüència genòmica completa amb un grau de cobertura de 2,02, obtinguda de restes d’un individu recuperar d’una necròpolis de Nuerat (Nuwayrat).

L’individu NUE001

Nuwayrat se situa prop de la localitat de Beni Hasan, a uns 265 km al sud de l’actual capital, Cairo. La datació per radiocarboni indica que les restes esquelètiques NUE001 procediren de l’interval 2855-2570 a.C., amb una probabilitat del 95,4%. Aquesta forquilla cobreix part del període Dinàstic Inicial i del període del Regne Antic. Els arqueòlegs, atenent a la cultura material i a les pràctiques funeràries d’aquesta necròpoli, s’inclinen per una datació entre la III i la IV Dinastia, ja de ple en el Regne Antic.

El cos NUE001 fou dipositat en un gran vas ceràmic dins d’una tomba tallada a la roca. Observacions en els cementiris reials del Primer Període Dinàstic i del Regne Antic de prop de la ciutat de Memfis, conviden a pensar que aquest tractament funerari era reservat habitualment a individus de classe social alta.

Les dades genòmiques de NUE001 indicarien uns possibles trets fenotípics, amb tota la reserva que calgui per la manca d’estudi d’aquesta població: ulls bruns, cabells bruns, pell fosca o negra. La dotació cromosòmica sexual era XY, coincident amb un trets esquelètics masculins. L’examen osteològic indicaria una alçada d’entre 157,4 i 160,5 cm. Va morir a una edat d’entre 44 i 64 anys, més probablement cap a aquest darrer extrem, cosa que es pot considerar una edat avançada per l’època. Aquesta edat avançada es manifesta en unes dents gastades, en osteoartritis en moltes articulacions i vèrtebres. Indicadors d’estrès suggereixen que va viure sota un període extens de treball físic, cosa que contrasta amb el tractament funerari referit. Podria haver estat un terrissaire.

Les dades genòmiques lliguen bé amb els trets morfològics dentals i les mesures cranianes.

En l’esmalt i en la col·làgena del segon molar inferior esquerra s’han fet anàlisis multi-isotòpiques (δ13C, δ15N, δ18O and 87Sr/86Sr). Això pot ajudar a entendre la dieta que feia de petit o el seu origen geogràfic. Les dades isotòpiques indicarien que va créixer en el clima càlid i eixut de la Vall del Nil. En la infantesa seguí una alimentació omnívora, basada en proteïnes d’animals terrestres i de plantes (blat, ordi). Aquesta dieta era la típica de l’Antic Egipte fins al període còptic. Els valors de δ15N suggereixen un consum d’aliments produïts en camps adobats i/o la inclusió de peixos del Nil.

La seqüenciació genòmica

Es prepararen set extractes de ciment enriquit en ADN en genoteques de seqüenciació d’ADN monocatenari, rastrejat en una plataforma Illumina. Cinc d’aquestes genoteques mostraven patrons de degradació típics d’ADN antic: alta taxa de substitucions citosina-a-timina. Les altres dues genoteques fores descartades per indicis de contaminació elevada.

Les genoteques Y11475 i T11477 foren seqüenciades addicionalment en Illumina NovaSeq 6000 i NovaSeq X, obtenint-ne 8300 milions de 2 x 100 parells llegits.

El genoma resultant, NUE001, fou fusionat amb els 3233 genomes d’individus actuals de Human Origins Array i amb 805 d’individus antics. L’anàlisi de components principals indica que NUE001 se situa dins de persones actuals del nord d’Àfrica i de l’oest d’Àsia. NUE001 pertany a l’haplogrup mitocondrial I/N1a1b2 i l’haplogrup del cromosoma Y E1b1b1b2b~: aquests haplogrups són els més comuns en l’actualitat a l’Àfrica del Nord i a l’Àsia de l’Oest. L’examen d’homozigositat sobre regions de més de 4 centimorgans indica que NUE001 no presenta cap consanguinitat recent en la seva ascendència.

L’ascendència de NUE001

El marc qpAdm considera diferents poblacions humanes. Jacobs et al. tenen en compte un conjunt de 13 poblacions, incloent-hi les etapes neolítica i calcolítica de l’Àsia Occidental Neolítica, l’Àfrica del Nord i la Regió Mediterrània. Això resulta en NUE001 en la barreja següent:
- 77,6 ± 3,8% del neolític mitjà nord-africà, representat pel jaciment marroquí de Skhirat-Rouazi del 4780-4230 a.C.
- 22,4 ± 3,8% del neolític mesopotàmic de 9000-8000 a.C.

Altres models indiquen una tercera aportació (4,7 ± 8,2%) del Llevant neolític/calcolític.

Les dades corroboren la continuïtat entre la població neolítica egípcia i la població del Primer Període Dinàstic/Regne Antic que ja ens comunica la cultura material i les anàlisis bioarqueològiques. Ara bé, també hi hauria hagut una aportació atribuïbles a una immigració a Egipte procedent de l’Àsia Occidental. Jacobs et al. consideren que cal encara disposar de més estudis d’ADN antic del període neolític de l’Àfrica del Nord per arribar a hipòtesis més detallades.

Jacobs et al. han estudiat la relació entre NUE001 i els genotips d’Abusir-el Meleq del tercer període intermedi (787-544 a.C.). Tenen en compte ara nou poblacions de l’Àfrica del Nord, Àsia Occidental i Grècia. La continuïtat entre els dos no és pas completa, ja que en els egipcis del Tercer Període Intermedi havien rebut una major aportació asiàtica. Aquesta aportació asiàtica podria relacionar-se amb l’expansió cananea de l’Edat de Bronze, que començaria a final del Regne Mitjà d’Egipte.

Pel que fa a la continuïtat amb les poblacions egípcies actuals, Jacobs et al. consideren que aquestes tenen cinc orígens bàsics:
- (1) Nuwayrat (32,1–74,7%).
- (2) Neolític Mitjà marroquí (28,9–72,7%).
- 3) Llevant de l’Edat de Bronze (11,6–57,1%).
- (4) la població ‘Mota’ de l’Etiòpia de fa 4500 anys (7,4–56,0%).
- (5) dos individus del Congo fa 230 anys (4.8–52.0%).

Lligams:

- Whole-genome ancestry of an Old Kingdom Egyptian. Adeline Morez Jacobs, Joel D. Irish, Ashley Cooke, Kyriaki Anastasiadou, Christopher Barrington, Alexandre Gilardet, Monica Kelly, Marina Silva, Leo Speidel, Frankie Tait, Mia Williams, Nicolas Brucato, Francois-Xavier Ricaut, Caroline Wilkinson, Richard Madgwick, Emily Holt, Alexandra J. Nederbragt, Edward Inglis, Mateja Hajdinjak, Pontus Skoglund & Linus Girdland-Flink. Nature (2025).

Més salinitat i menys glaç: el nou estat de l’Oceà Austral

Oceanografia: Alessandro Silvano, investigador a la University of Southampton, estudia l’Oceà Austral i com interactua amb el sistema climàtic. El seu concepte d’Oceà Austral va més enllà de l’Oceà Glacial Antàrtic per abraçar les zones dels oceans Pacífic, Atlàntic i Índic amb una latitud superior a 50°S. Silvano és el primer autor d’un breu report aparegut ahir a Proceedings of the National Academy of Sciences en el que proven de condensar la informació que ens donen els satèl·lits sobre els canvis en l’estat de l’Oceà Austral: un augment de la salinitat superficial i una disminució del glaç marí. Això ens pot semblar paradoxal, però el cert és que el refrescament de l’Oceà Austral (és a dir, que sigui menys salí) és una de les respostes esperades al canvi climàtic antropogènic. Aquest refrescament afecta la superfície, la qual cosa comporta un afuament de l’estratificació de la capa superior de la columna d’aigua. Aquesta estratificació implica una reducció del transport ascendent de la calor subsuperficial i, per tant, pot arribar a promoure l’expansió del glaç marí. Aquesta expansió de glaç marí es pot estudiar bé a través de les polínies, és a dir el forats (полынья) en la coberta marina de glaç, en el sentit que el ‘refrescament’ de l’Oceà Austral limita la formació de polínies d’oceà obert. Tota aquesta cadena d’esdeveniments sembla confirmada per les observacions de satèl·lit, que indiquen que en els darrers deu anys l’Oceà Austral circumpolar ha patit un augment marcat de la salinitat superficial. Ara bé, aquesta salinització té un efecte contrari sobre l’estratificació de l’oceà superior, ja que l’afebleix. I és aquest afebliment el que explicaria el retrocés dramàtic de la coberta de glaç marí de l’Antàrtic dels darrers anys. Un altre efecte seria la reaparició de la polínia de Maud Rise, a la Mar de Weddell, per bé que hem de recordar que aquest fenomen fou observat per darrera vegada fa uns cinquanta anys. Silvano et al. consideren que les imatges per satèl·lit ens permeten una monitorització en temps real d’aquests canvis. Però les dades que ens ofereixen són preocupants pel fet que posar de manifest una transició potencial cap a una situació persistent de reducció de la coberta glacial marina.

Silvano et al. han estudiat imatges per satèl·lit del glaç marí antàrtic

Tendències i contratendències en les Oceà Austral

A partir dels anys 1980 es constatà una tendència al refredament en la superfície de l’Oceà Austral, la qual cosa coincidia amb una expansió del glaç marí antàrtic. Aquesta tendència s’interrompé abruptament en el 2015, per anar en un sentit contrari. Així, a final del 2016, es va viure un rècord negatiu en l’extensió del glaç marí austral. Des de llavors els nivells de glaç marí han anat a la baixa, i s’han registrat múltiples rècords mínims tant a l’estiu com també a l’hivern. Les polínies testimonien aquesta evolució. Per exemple, la polínia de Maud Rise queda tancada a mitjan dels anys 1970, però va reaparèixer de nou en el 2016 i en el 2017.

Per tal d’explicar aquest retrocés en el glaç marí antàrtic, hom ha recorregut a canvis en l’advecció de calor atmosfèric o en el patró de vents, o a l’escalfament de la capa superior de l’oceà. Silvano et al. pensen que els processos atmosfèrics no poden explicar per ells mateixos la retirada abrupta de glaç marí viscuda en el 2015-2016, ni tampoc els deu anys següents de declivi. Cal cercar doncs la resposta en processos oceànics i en la retroalimentació entre glaç i oceà. Els canvis en el glaç marí semblen ben relacionats amb l’estratificació de l’oceà superior. Per a latituds superiors a 50º, l’estratificació és controlada principalment pels gradients en salinitat. A la regió polar de l’Oceà Austral les aigües més fredes i menys salines (‘més fresques’) es troben per damunt d’unes aigües més càlides i salines. Durant l’hivern el refredament superficial i la formació de glaç marí redueixen l’estratificació, de manera que hi ha més barreja vertical, i un major transport de calor d’avall cap amunt, que contribueix a fondre el glaç marí o, si més no, a limitar-ne el creixement.

En un context de refrescament de la superfície hi ha un enfortiment des l’estratificació. Aquesta era la situació predominant en el període 1980-2015, en el que la calor subsuperficial quedava atrapada en profunditat i la coberta de glaç marí s’expandia. També hi havia una reducció de la convecció profunda associada a les polínies d’oceà obert situades al mig de la coberta de glaç marí.

En el període iniciat en el 2015 hi ha una reversió d’aquesta situació. La salinitat superficial de l’Oceà Austral ha augmentat. L’estratificació de l’oceà superior s’ha afeblit. Tot plegat ha conduït a un declivi del glaç marí i un avenç de les polínies d’oceà obert.

La salinitat superficial de la mar

Silvano et al. combinen dades derivades de satèl·lits sobre salinitat superficial marina (SSS), i extensió de glaç marí, així com perfils hidrogràfics realitzats per les flotes Argo.

Abans de mitjan 2015, l’oceà superior s’havia fet més fresc. Això s’interromp llavors, i entrem en un període de salinització. Les ‘anomalies’ de salinitat més fortes s’observen en la part superior de la columna d’aigua, a profunditats situades entre 100 i 200 metres. Això comporta que la picnoclina, que separa les aigües fredes i fresques de la superfície amb les aigües més càlides i més salines de la profunditat, es desplaci cap avall.

La correlació entre SSS i extensió de glaç marí és forta i negativa (R = −0,62, 95% significància). El patró de salinitat té un abast circumpolar, però en algunes localitats les anomalies superen els 0,2 pss.

L’augment de la SSS s’associa amb una reducció de l’estratificació. L’estratificació davalla en el 2015-2016, i des de llavors s’ha mantingut en valors baixos. Val a dir, però, que es registraren augmentats en l’estratificació durant l’estiu austral del 2016-2017 i en el del 2019-2020. En aquells dos estiu, les anomalies de vent promogueren un escalfament superficial abrupte.

Silvano et al. consideren que la salinitat superficial de l’Oceà Austral polar és un indicador de l’estratificació de l’oceà superior. Abans del 2014 la salinitat superficial era baixa i l’estratificació forta, la qual cosa afavoria l’expansió de glaç marí i la reducció o absència de polínies grans. Des del 2015 tindríem una situació inversa, la qual cosa redueix la coberta de glaç marí i fomenta la formació de polínies d’oceà obert.

Les observacions per satèl·lit permetrien monitoritzar aquest procés. Fins ara hom havia pensat que el canvi climàtic antropogènic conduïa a un refrescament superficial dels dos oceans polars, és a dir a una reducció de la salinitat i a una major estratificació. Les modelitzacions indiquen que hi hauria una intensificació del transport cap a l’equador d’aigües polars fresques, un augment de la precipitació i una tendència cap a al fusió de la coberta de glaç antàrtic.

Semblaria, però, que la situació és més complexa. Silvano et al. han analitzat una sèrie temporal que va del 2011 al 2023, amb una resolució espacial de 25 km. Les dades del satèl·lit Soil Moisture and Ocean Salinity abasten tot l’Oceà situat a una latitud superior a 30°S. Les dades in situ procedeixen del programa Argo. Aquesta recerca ha rebut finançament de l’Agència Espacial Europea a través del projecte SO-FRESH.

Lligams:

- Rising surface salinity and declining sea ice: A new Southern Ocean state revealed by satellites. Alessandro Silvano, Aditya Narayanan, Rafael Catany, Estrella Olmedo, Verónica González‐Gambau, Antonio Turiel, Roberto Sabia, Matthew R. Mazloff, Theo Spira, F. Alexander Haumann, Alberto C. Naveira Garabato. PNAS 122: e2500440122 (2025).

El report SAGO sobre l’origen del SARS-CoV-2

Virologia: Des de fa cinc anys el coronavirus SARS-CoV-2 ocupa repetidament els rànquings de virus respiratori més prevalent en les infeccions agudes. Tot i amb tot, la manera com fou descrit fa que difícilment se’l pugui equiparar als altres quatre coronavirus endèmics, i manté l’estatus de virus pandèmic segons l’Organització Mundial de la Salut (OMS). És en aquest context que avui el Grup Científic Assessor Sobre els Orígens de Patògens Nous (SAGO) de l’OMS publica un report sobre els orígens de SARS-CoV-2.

Els autors

Marietjie Ventir, professora de la University of Witwatersrand, de Johannesburg, és la presidenta del SAGO. Jean-Claude Manuguerra, professor de la Unitat d’Ambient i Riscos Infecciosos de l’Institut Pasteur, n’és el vicepresident. Els altres membres del SAGO són Phillip Alviola, Abdullah Assiri, Stuart D. Blacksell, Inger K. Damon, Christian Drosten, Elmoubasher Farag, Thea Kølsen Fischer, Raman Gangakhedkar, Nada Ghosn, Maria Guzman, Christian Happi, Gladys Kalema-Zikusoka, Normand Labbe, Khin Myint, Hung Nguyen-Viet, Chinwe Lucia Ochu, Masayuki Saijo, Rosemary Sang, Kathrina Summermatter, Supaporn Wacharapluesadee, John Watson.

Aquesta llista ja ens ofereix una idea de la càrrega de la tasca. Carlos Morel dimití del SAGO el 13 de juny i demanà no ésser comptat entre els autors del report. També ho han demanat altres tres membres del SAGO: Yungui Yang, Vladimir Dedkov i Sowath Ly.

Els que sí figuren a la llista d’autors expressen el seu agraïment al Centre Xinès de Control i Prevenció de Malalties, a l’Institut de Genòmica de Beijing, a la Universitat d’Arizona, a la Universitat de Califòrnia a San Diego, a la Universitat Tècnica de Dinamarca i a la Universitat de Sidney, entre d’altres.

La pandèmia de la covid-19

El report afirma que la pandèmia de la covid-19, causada pel SARS-CoV-2 (sigles de coronavirus 2 de la síndrome respiratòria aguda severa), ha estat una de les crisis sanitàries més severes del darrer segle. El desembre del 2019 es reportaren els primers casos de pneumònia d’etiologia desconeguda de Wuhan que després serien atribuïts a la covid-19. El maig del 2023, quan l’OMS declarava que la covid-19 ja no era una emergència de salut públic d’interès internacional, la mortalitat atribuïda a la infecció per SARS-CoV-2 pujava a més de 7 milions. No obstant, les estimacions de l’OMS assenyalen que la mortalitat per la pandèmia fou d’un mínim de 20 milions.

La pandèmia de covid-19 implica una severa disrupció social. Les pèrdues econòmiques s’estimen entre 11 i 16 bilions de US$.

Ja en el mes de maig del 2020, la 73ª Assemblea Mundial de la Salut adoptà una resolució (73.1) que cridava a una aproximació d’Una Sola Salut per identificar l’origen de la introducció dels SARS-CoV-2 en la població humana. Des de llavors s’han fet tres missions científiques a la Xina, una de les quals, la de febrer del 2021, s’adreçà específicament als orígens de la covid-19. El novembre del 2021, s’establí el SAGO, integrat per 27 experts científics independents, amb la tasca de dissenyar un marc per investigar els orígens de patògens emergents.

La finalitat d’esclarir els orígens del SARS-CoV-2 és previndre futures pandèmies. El 9 de juny del 2022 el SAGO publicà un report inicial. El report d’ara és el resultat de les reunions celebrades pel SAGO, la darrera de les quals celebrada aquest mateix mes.

Ni en el 2022 ni ara ha pogut el SAGO accedir a les dades primàries, malgrat els requeriments realitzats per l’OMS. Així doncs, la base del report són essencialment publicacions científiques i reports privats o governamentals.

Les hipòtesis formulades

Les hipòtesis contemplades pel SAGO són les següents:
- 1. introducció a partir d’una font zoonòtica natural, amb un o més esdeveniments de salt, bé directe d’animals salvatges a humans, o a través d’un hoste intermediari domèstic o peridomèstic.
- 2. introducció arran d’un accident de laboratori, que s’hauria produït en el curs d’un treball de recerca de camp o d’una fallida dels procediments de bioseguretat del laboratori.
- 3. Introducció de SARS-CoV-2 en mercats animals a través de processos de cadena de fred i infecció subsegüent humana per contacte amb productes venuts als mercats.
- 4. manipulació deliberada del virus en un laboratori, seguida d’una fallida de bioseguretat de laboratori

La hipòtesi 3 fou avaluada en el report del 2022, i des de llavors no hi ha hagut noves dades a favor. Aquesta hipòtesi assum que productes congelats del Mercat de Marisc de Huanan o d’algun altre mercat de Wuhan serien l’origen de la transmissió dels SARS-CoV-2 a humans.

L’avaluació de la hipòtesi 4 demana una anàlisi de l’estructura genòmica del virus. El SAGO no ha trobat suport científic a aquesta hipòtesis, atenent que les mutacions i recombinacions indicades per la genòmica del SARS-CoV-2 han estat observades també en altres coronavirus.

El SAGO es mou, doncs, entre les hipòtesis 1 i 2. Constata que la majoria de publicacions científiques s’orienten a favor de la primera, pensant en ratpenats o en un altre hoste intermediari. Ara bé, encara no s’ha pogut concloure exactament quan, on i com el SARS-CoV-2 entrà per primera vegada en la població humana. Les soques precursores conegudes més properes genèticament han estat identificades en mostres de ratpenats de la Xina del 2013 i de Laos del 2020. Ara bé, aquestes soques són massa diferents dels SARS-CoV-2 com per què en siguin l’origen.

Les dades indiquen que el Mercat de Huanan jugà un paper en la transmissió inicial i amplificació de la covid-19, però no es pot concloure que fos l’indret de introducció originari. Els indicis metagenòmics sobre fauna salvatge venuda al Mercat de Huanan són insuficients per a proposar un hoste intermediari.

Pel que fa a la hipòtesi 2, el Govern de la Xina no ha fornit la documentació primària sobre bioseguretat dels laboratoris de Wuhan, com ara l’Institut de Virologia de Wuhan o els Centres Xinesos de Control de Malalties de la mateixa ciutat.

A cinc anys i mig dels primers casos de covid-19

Han passat més de cinc anys i mig del desembre del 2019 quan es reportaren a Wuhan els primers casos del que resultà una infecció per un nou coronavirus que rebria el nom de SARS-CoV-2. Era l’inici de la pandèmia més important del segle XXI. El SARS-CoV-2 des de llavors ha infectat milers de milions de persones, sense deixar-ne fora cap país, comunitat o família. La mortalitat reportada en els dos primers anys fou de 7 milions, però l’estimada es trobaria en una forquilla entre 14,9 i 18 milions.

Fou el 31 de desembre del 2019 quan l’Oficina Xinesa de l’OMS fou informada de casos de pneumònia d’etiologia desconeguda detectats a Wuhan (Hubei). Les anàlisis de seqüenciació genètica i filogenètics de les mostres d’aquests primers casos indicaven que el responsable era un coronavirus, concretament del gènere Sarbecovirus i del llinatge dels Betacoronavirus 2B. D’entrada, el virus fou denominat ‘coronavirus nou 2019’ (2019-nCoV) per evitar l’estigma de batejar-lo com a ‘coronavirus de Wuhan’ o ‘coronavirus de Huanan’. Les analogies amb els SARS-CoV responsable de la SARS del 2004 empenyeren el Comitè Internacional de Taxonomia de Virus a donar-li la denominació de SARS-CoV-2.

La primera publicació genòmica completa del nou virus es produí l’11 de gener del 2020 a càrrec del Centre Nacional Xinès de Bioinformació. La comparació amb les bases de dades de l’època indicava el valor més elevat de similitud genòmica, un 96,1%, amb el coronavirus de ratpenats RaTG13, procedent d’una mostra xinesa del 2013. Encara és elevada, del 96,8%, era l’homologia amb Banal-52, un coronavirus de ratpenat procedent d’una mostra laosiana del 2018.

Un equip de l’OMS es desplaçà a Wuhan el 20-21 de gener del 2020. La primera missió internacional conjunta es va fer entre el 16 i el 24 de febrer. En aquell moment el nombre de casos reportats a Xina ja pujava a 75.000.

La segona missió internacional a la Xina es va fer el febrer del 2021, amb un èmfasi sobre els orígens del virus. El novembre del 2021 es va crear el SAGO amb la finalitat de desenvolupar un marc global per a la identificació de l’origen de patògens emergents i re-emergents.

Aquest marc global fou publicat el 2024.

La metodologia del SAGO

El SAGO s’ha reunit fins ara un total de 52 vegades, amb 27 sessions plenàries i 25 sessions de grups de treball. Una tasca essencial és l’obtenció d’estudis publicats i no-publicats. Val a dir que en les discussions han primat les publicacions científiques en revistes sotmeses a peer-review. Però també s’han considerat esborranys d’articles, recerques privades i reports governamentals.

En el 2022 i el 2023 es van fer dues revisions sistemàtiques de literatura científiques, que han estat actualitzades en el 2024 i el 2025.

Primeres investigacions i casos humans

La data dels primers símptomes associats a la covid-19 ha estat determinada entre l’1 i el 8 de desembre del 2019. Dels 47 casos amb inici anterior a l’1 de gener del 2020, el 55% tenien vincles amb el mercat de Huanan. Ara bé, ja entrats en el mes de gener, la transmissió era ja independent del mercat de Huanan.

Anàlisis realitzades sobre 43.850 mostres de sang de 32.484 donants de Wuhan recollides abans del 2020 no trobaren ni un sol positiu per anticossos anti-SARS-CoV-2.

Recerques filogenòmiques sobre els primers casos identificaren dos llinatges, l’A i el B, resultants de dues introduccions independents. El llinatge B hauria estat introduït entre el 23 d’octubre i el 8 de desembre. El llinatge A hauria estat introduït dies o setmanes després.

La investigació al voltant del Mercat de Marisc de Huanan

El SAGO es plany de no haver rebut una informació precisa sobre els animals venuts al Mercat de Huanan. Cal recordar que la legislació xinesa prohibeix la comercialització de fauna salvatge en mercats com aquest.

El 30 de desembre del 2019 les autoritats xinesos entraren en el Mercat de Huanan i prengueren mostres ambientals. L’endemà fou el torn dels equips epidemiològics del CDC xinès. A la mitjanit del dia de Cap d’Any el mercat fou tancat per fer-hi una desinfecció. Es prengueren mostres de 457 animals, incloent-hi rates vives, ratolins, fures, gats, gossos, i carcasses d’ovelles, senglars, conills, etc. També es prengueren 923 mostres ambientals.

Cap de les mostres d’animals fou positiva per a la prova d’RT-PCR de SARS-CoV-2. En canvi, de les 923 mostres ambientals, hi hagué 73 positius per a SARS-CoV-2.

La detecció de SARS-CoV-2 en animals salvatges

L’anàlisi de 2328 mostres d’animals salvatges de la Xina de desembre del 2019 resultà negativa per a SARS-CoV-2. Igualment infructuosa fou la recerca de SARS-CoV-2 en altres col·leccions de fauna salvatge.

La zoonosi reversa de SARS-CoV-2

Durant la pandèmia de covid-19 ha estat reportada una situació de zoonosi reversa, és a dir d’animals infectats per SARS-CoV-2 adquirida d’humans. Ha estat el cas d’animals salvatges, de zoos, i d’animals domèstics. L’octubre del 2023 hi havien hagut 775 brots d’aquest estil, afectant 29 espècies i 36 països. També s’han reportat transmissions terciàries, com ara hàmsters contagiant el seu amo.

El caràcter multiespecífic de SARS-CoV-2 implica que reservoris salvatges com ara cérvols Odocoileus virginianus poden participar en la dinàmica de variants de SARS-CoV-2.

Investigacions genòmiques

SARS-CoV-2 seria un membre de l’espècie vírica Betacoronavirus pandemicum, el qual fa part del subgènere Sarbecovirus. SARS-CoV-2 difereix de SARS-CoV-1 i d’altres virus propers a SARS-CoV en el fet que la seva proteïna S té modificacions en domini RBD que optimitzen la seva unió al receptor humà ACE2. També és d’interès una inserció de 12 nucleòtids en aquest mateix gen que resulten en lloc FCS RRAR que facilitaria l’evasió immune.

L’evolució dels sarbecovirus contempla casos de recombinació que fan que els seus genomes puguin adquirir funcionalitats en mosaic.

Investigacions en matèria de bioseguretat

SAGO es plany de no disposar d’informació de primera mà sobre la bioseguretat de laboratoris virològics que operaven a Wuhan en el 2019. De tota manera recomanen extremar les precaucions quan es treballen amb coronavirus animals amb potencial zoonòtic.

Què ens caldria conèixer?

SAGO fa una crida per a que Centre Nacional de Bioinformació de la Xina publica les més de 500 seqüències virogenètiques d’individus afectats pel brot de Wuhan de desembre del 2019 i gener del 2020. També demanen una informació més detallada sobre les anàlisis realitzades al mercat de Huanan i altres mercats de Wuhan. Finalment, demanen informació sobre les activitat de recerca de camp i de laboratori a l’Institut de Virologia de Wuhan i al laboratori CDC de Wuhan.

Tot i amb tot, SAGO s’inclina per un vessament zoonòtic de SARS-CoV-2 com a introducció de la població humana. Això es podria haver fet directament de ratpenats o d’una espècie intermèdia. La manca de detalls sobre aquest esdeveniment zoonòtic fa que romanguem desprotegits sobre altres llinatges vírics que podrien fer el mateix pas en qualsevol moment.

Lligams:

- Independent assessment of the origins of SARS‑CoV‑2. Scientific Advisory Group for the Origins of Novel Pathogens (SAGO).

- WHO Scientific advisory group issues report on origins of COVID-19, comunicat de premsa de l’OMS.

Una reordenació de Lossen biocompatible en ‘Escherichia coli’ per convertir tereftalat de polietilè en àcid para-aminobenzoic

Química orgànica: Stephen Wallace és professor de biotecnologia química de The University of Edinburgh. El seu grup de recerca de química orgànica sintètica treballa en el desenvolupament de reaccions desconegudes en la natura i en integrar aquestes reaccions abiòtiques en sistemes biològics amb vistes a aplicacions industrials i de gestió de residus. El seu col·lega Nick Johnson treballa en la biodegradabilitat de polímers, i en un article a Nature Chemistry, del qual és primer autor, proposa l’ús d’una reacció biocompatible de Lossen feta possible en Escherichia coli. Aquest reordenament de Lossen és catalitzat per fosfat en el bacteri Escherichia coli possibilitant la transformació d’acil-hidroxamats activats en metabòlits primaris que contenen amines. Johnson et al. mostren que aquesta reacció es pot utilitzar e el control del creixement microbià a través de la síntesi d’àcid para-aminobenzoic. Aquest substrat també es pot sintetitzar a partir de tereftalat de polietilè. Això podria ser la base de reaccions biocatalítiques de sistemes de cèl·lules bacterianes per a la generació de petites molècules d’interès industrial, com és el paracetamol, fent servir com a substrat residus plàstics.

La recerca de Johnson et al. posa la base d’una estratègia general per a la bioremediació i reciclatge de residus plàstics en sistemes biològics nadius o modificats per enginyeria genètica

Les reaccions biocompatibles en l’expansió del repertori sintètic dels sistemes biològics

En la tasca d’expansió del repertori biosintètic pot jugar un paper rellevant el desenvolupament de reaccions biocompatibles, és a dir de transformacions químiques no-enzimàtiques situades en la interfície del metabolisme cel·lular.

La química orgànica moderna permet estratègies sintètiques basades en aquestes reaccions biocompatibles amb aplicacions en el control de la funció cel·lular, en la diversificació del rang de metabòlits possibles i en l’accés biològic a materials recalcitrants. Certament això també es pot aconseguir amb altres mètodes de catàlisi abiòtica en sistemes cel·lulars, com ara l’evolució dirigida, la creació de nous centres actius a través de cofactors artificials o aminoàcids alternatius, el disseny computacional d’enzims, etc. D’una manera o altra, però, el repte consisteix en la integració metabòlica d’aquests processos nous en cèl·lules vives.

L’ampliació de la química metabòlica per a la síntesi microbiana obre noves possibilitats a la bioproducció de petites molècules d’aplicació industrial a partir de substrats més diversos. Aquesta aplicació de l’enginyeria biològica pot conduir a una disminució de la dependència de rutes de síntesi petroquímiques. Hom ha desenvolupat així metal·loenzims artificials que permeten a cèl·lules microbianes la generació de nous substrats i apoenzims. És el cas de l’Escherichia coli modificada per enginyeria genètica per sintetitzar el metal·loenzim intracel·lular Ir-CYP119, capaç de la ciclopropanació de limonè sota suplementació amb etil-dioazoacetat. En aquest cas la importació del cofactor Ir-porfirina és possible per la co-expressió de l’operó hug del sistema de transport del grup hem de Plesiomonas shigelloides, que s’acompanya d’una via biosintètica de limonè heteròloga.

Un altre exemple de ciclopropanació biocompatible és fa en E. coli a través d’un catalitzador no-enzimàtic de Fe-ftalocianina. En Streptomyces albus J1074 s’ha construït una sistema de ciclopropanació basada en la transferència de carbè. En Lactococcus lactis s’ha construït un metabolisme de descarboxilació oxidativa catalitzat per grup heme.

Johnson et al. ens proposen fer un pas més enllà en incorporar als sistemes biològics una reacció no-enzimàtica de reordenació de substrats carboxílics activats. Concretament es refereixen a una reacció descoberta per Wilhelm Lossen en el 1872, que es caracteritza per l’expulsió d’un carboxilat d’un substrat d’hidroxilamina bis-acetilat. Aquesta reordenació de Lossen és catalitzada per calor i/o metall. Tipícament implica un èster de fenil-hidrozamat que, sota condicions bàsiques i a través d’una migració 1,2-aril, forma un isocianat que ràpidament reacciona en condicions aquoses per formar un àcid carbàmic que, després es descarboxila cap al producte d’amina primària.

L’aplicació sintètica de la reordenació de Lossen es fa a partir d’àcids carboxílics, bo i evitant l’ús de reactius d’azida. El producte són amines primàries generades a partir de substrats carboxílics, reacció acompanyada de la contracció d’un carboni. En això darrer difereix de les reaccions catalitzades per amoni-liases i aminotransferases.

No és del tot cert que la reordenació de Lossen sigui completament desconeguda en el món biològic. Hom l’ha observat en sistemes in vitro sota presència de quimiotripsina. També s’ha detectat en la via de l’àcid hidroxàmic de Salmonella typhimurium TA98. Però aquests exemples no tenen a veure amb reaccions de síntesi.

Johnson et al. utilitzen la reordenació biocompatible de Lossen d’acil-hidroxamats en cèl·lules vives d’E. coli. Aquesta reacció es pot dur a terme en condicions ambientals sense un efecte tòxic per a aquest bacteri. La catàlisi no és enzimàtica, sinó que es duu a terme pel fosfat inorgànic del propi bacteri. Johnson et al. ho han aplicat emprant com a substrat PET (tereftalat de polietilè) i, a través d’experiments de rescat auxotròfic, mostren com poden fer que el creixement i metabolisme del bacteri depengui d’una petita molècula derivada del PET d’ampolles de plàstic. Aquesta reacció és conduïda cap a la síntesi de para-hidroxiacetanilid, que és el principi actiu del paracetamol, fàrmac amb propietats analgèsiques i antipirètiques.

El rescat auxotròfic

Johnson et al. dissenyaren un experiment de rescat auxotròfic, on una reordenació de Lossen de para-carboxil O-pivalohidroxamat generaria el metabòlit essencial PABA. El PABA és un metabòlit essencial perquè participa en la síntesi d’àcid fòlic. Un microorganisme que no pugui sintetitzar PABA no pot créixer perquè, sense àcid fòlic, pateix defectes en el metabolisme de nucleòtids i acumula danys en el metabolisme d’ADN. Diem llavors que és un microorganisme auxotròfic, perquè només podria créixer si troba PABA en el medi.

Johnson et al., utilitzen una soca d’E. coli auxotròfica per a PABA. Aquesta soca auxotròfica només pot créixer (cosa que es pot monitoritzar a través de la densitat òptica a 600 nm d’un cultiu líquid) si d’alguna manera es pot procurar PABA. Ara bé, la forma de procurar-se aquest PABA no ha de comportar l’ús de catalitzadors tòxics, els quals inhibirien el seu creixement. És a dir que el rescat auxotròfic ha de realitzar-se per un procés biocompatible.

La síntesi d’O-Piv benzhidroxamat 1 es va fer en dues passes a partir d’àcid 4-formilbenzoic a través de la formació d’un enllaç amida amb O-Piv hidroxilamina seguit de l’oxidació d’aldehid per àcid periòdic i clorocromat de piridini.

Els microorganismes auxotròfics utilitzats són una col·lecció de soques d’Escherichia coli K-12 derivades de Keio per knock-out. Entre elles hi ha E. coli BW25113∆pabB, que és knock-out per a la subunitat catalítica de l’aminodesoxicorismat-sintasa, enzim responsable del penúltim pas de la biosíntesi de PABA.

El triatge de catalitzadors fou poblat amb complexos metàl·lics que promouen reordenacions de Lossen o de Curtius, com ara FeCl₂, hemina, ferro-ftalocianina, ferroïna, ZnTPP, Zn(PPIX) o Zn(acac)₂. El substrat de Lossen esmentat era afegit a tubs de creixement que contenien un medi M9-glicerol i un dels catalitzadors esmentats, i seguidament s’hi inoculava E. coli BW25113∆pabB. En aquests tubs no hi havia prou PABA, de manera que els bacteris auxotròfics no podien créixer en un període de 72h a 37 °C en agitació. L’excepció, però, era en els tubs que havien rebut el substrat de Lossen sense catalitzador.

Johnson et al. investigaren la base d’aquest rescat auxotròfic. Observaren que sense presència de cèl·lules, el reactiu de Lossen podia generar PABA. Dels components del medi M9 el que era realment essencial per al rescat auxotròfic era el fosfat.

L’anàlisi espectrofotomètrica mostrava que la major densitat òptica a 600 nm s’assolia en cultius on hi havia substrat de Lossen i FeCl₂, ferroïna o Fe(acac)₃. El rol de catalitzador de ferro, no rauria tant en la reacció de Lossen com en l’aportació de ferro.

En les condicions citades també hi ha rescat auxotròfic de E. coli BW25113∆pabA i d’E. coli BW25113∆aroC, però d’una forma menys potent que en E. coli BW25113∆pabB. En aquesta darrera soca la reordenació de Lossen fomenta el consum de substrats.

La bioremediació de PET

Johnson et al. observaren que el substrat de la reordenació de Lossen pot produir-se a partir de la despolimerització de PET, concretament a partir d’àcid tereftàlic. L’interès per aquesta via és evident. La producció industrial de PET puja actualment a 56 milions de tones anuals. El 80% del PET entra en la fabricació d’article d’un sol ús, la qual cosa suposa la generació anual de 24 milions de tones de PET residual. Aquest residu de PET o bé és incinerat, o bé és conduït a abocadors.

Johnson et al. dissenyaren un sistema alimentat a partir d’ampolles de plàstic residuals de PET. La hidròlisi d’escates de PET genera àcid tereftàlic que, a través de l’acoblament d’amida amb triflat d’O-Piv hidroxilamoni i anhídrid de propilfosfònic (T3P) genera PET-1. Aquest substrat és capaç de garantir el rescat auxotròfic de E. coli BW25113∆pabB.

La interfície metabòlica

La reordenació de Lossen és biocompatible i aplicable a la generació de substrats derivats de PET. Johnson et al. estudiaren diferents substrats que afegiren als cultius d’E. coli BW25113∆pabB. El reordenament de Lossen troba una interfície amb el creixement cel·lular i amb reaccions biosintètiques.

Com que el rescat auxotròfic es fa a través de la generació de PABA, Johnson et al. investigaren si podien acoblar-la a la síntesi d’algun producte d’interès industrial. Pensaren primerament en el paracetamol, ja que és el tractament de primera línia que recomana l’OMS per al dolor i la febre. Actualment el paracetamol es fabrica a través de fenol derivat de combustibles fòssils (procés de cumè), mitjançant nitració, reducció i N-acetilació.

Hi ha dos enzims que poden convertir PABA en paracetamol:
- ABH60, enzim de Agaricus bisporus.
- PANAT, enzim de Pseudomonas aeruginosa.

De fet, hom ja havia aconseguit E. coli capaç de fer la biosíntesi de paracetamol a partir de D-glucosa.

Johnson et al. optaren per la resíntesi i clonació dels gens ABH60 i PANAT en un vector JUMP generador del plàsmid pSWL112. Mitjançant una flipasa codificada en pCP20, eliminaren la cassette de resistència a la kanamicina d’E. coli Keio BW25113∆pabB, i transformaren la soca resultant amb pSWL112.

Els cultius de BW25113∆pabB_pSWL112 eren capaços, segons mostrava l’anàlisi d’HPLC, de sintetitzar àcid 4-acetamidobenzoic. Això no era el que esperaven aconseguir Johnson et al., de manera que dissenyaren uns altres plàsmids JUMP amb gens abh60 i panat situats sota el control de promotors constitutius o induïbles. Les soques resultants sí eren capaces de generar paracetamol.

Johnson et al. treballaren amb les soques E. coli BW25113ΔpabB_p354 i E. coli BW25113ΔpabB_p350. Alimentades amb residus de PET, aquestes soques eren capaces de fer un rendiment del 83% en producció de paracetamol. Aquest rendiment era augmentat a través d’una reducció de la concentració d’arabinosa durant l’expressió proteica.

Encara hi ha marge de millora. Una optimització d’aquesta nova via metabòlica pot passar per l’aprofitament d’altres cascades quimio-enzimàtiques i per una major integració en els microorganismes.

Lligams:

- A biocompatible Lossen rearrangement in Escherichia coli. Nick W. Johnson, Marcos Valenzuela-Ortega, Thomas W. Thorpe, Yuta Era, Annemette Kjeldsen, Keith Mulholland & Stephen Wallace. Nature Chemistry (2025).