Dos antibiòtics de la soca 1G de ‘Paenibacillus polymyxa’

Microbiologia: El projecte de ciència ciutadana ‘Swab and Send’ recull des del 2020 hisop collits pels seus participants i que són tramesos després a la Liverpool School of Tropical Medicine. Un exemple de la recerca que fan la podem trobar en un article publicat aquesta setmana a la revista Antibiotics, amb Amy McLeman com a primera autora. McLeman et al. isolaren a partir d’un hisop de Swab and Clean una soca bacteriana que identificaren dins de l’espècie Paenibacillus polymyxa. Aquesta espècie produeix les substàncies antimicrobianes polimixina E (=colistina) i polimixina B, d’importància clínica en el tractament d’infeccions per patògens gram-negatius multiresistents. McLeman et al. feren assaigs en placa d’agar i de cultiu líquid per veure si la soca P. polymyxa 1G presentava activitat contra Escherichia coli i contra soques resistents. Alhora feren una seqüència del genoma de 1G, i una anàlisi per espectrometria de masses del sobrenedant del seu cultiu. La soca P. polymyxa 1G era activa contra E. coli en agar i en cultiu líquid. Ara bé, no ho era pas amb soques d’E. coli que contenen els gens mcr1 i mcr4, que confereixen protecció contra la colistina. Dedueixen la producció d’una polimixina A, identifiquen un clúster de gens relacionat i troben indicis moleculars de polimixina A1 i A2.

McLeman et al. identifiquen pics corresponents a la polimixina A1 (1157 m/z) i a la polimixina A2 (1143 m/z) en el sobrenedant de cultius de ‘P. polymyxa’ 1G. Malauradament, no són capaces d’actuar contra soques enterobacterianes resistents a la colistina.

Swab and Send i la necessitat de trobar nous antibiòtics

La resistència a agents antimicrobians és una de les grans amenaces a la salut humana, i hom estima que en el 2050 hi haurà 8,22 milions de morts anuals per aquesta causa. Cal trobar nous antibiòtics, especialment contra bacteris gramnegatius. El medi natural és el reservori de bacteris i fongs encara no descrits que podrien produir nous antibiòtics.

Fou així com en el 1947, Y. Koyama va poder descriure la polimixina E (= colistina), antibiòtic produït pel bacteri grampositiu Paenibacillus polymyxa (=Bacillus polymyxa). Aquesta espècie també produeix fusaricidina i altres polimixines. En el mateix 1947, Benedict i Langlykke identificaren una polimixina en sobrenedant de cultiu de P. polymyxa. Hom ha descrit cinc clústers de gens responsables de la biosíntesi de polimixines.

L’ús de la colistina decaigué a partir dels anys 1980, en valorar-se que era excessivament tòxica. En efecte, les polimixines presenten sovint toxicitat renal o neural, i generen respostes al·lèrgiques.

En l’actualitat les polimixines (polimixina B, colistina) s’utilitzen per tractar infeccions de bacteris gramnegatius resistents a carbapenems enteses com a ‘darrera línia de defensa’. Urgeix trobar polimixines amb un perfil menys tòxic.

A partir dels anys 1950, les polimixines han estat emprades en agricultura contra bacteris patògens de cultius. Això ha promogut l’aparició de resistències. Un element genètic d’aquesta resistència són els gens mcr, gens presents en plàsmids i que es difonen per transferència horitzontal.

Investigar noves variants de polimixines pot ajudar a diversificar l’arsenal d’agents antimicrobians contra Enterobacterales.

P. polymyxa 1G

La soca P. polymyxa 1G fou isolada de l’hisop d’un dipòsit de carbó pres el 2019 en el marc del projecte Swab and Send. L’isolat generava una zona d’inhibició en placa d’agar de la soca E. coli NCTC86. L’assaig CFS indicava una reducció del creixement del 99%.

La seqüenciació del gen ARNr 16S indicava que la soca pertanyia a l’espècie Paenibacillus polymyxa. La seqüenciació genòmica ulterior en plataforma Illumina-Oxford Nanopore generà un cromosoma complet i tancat de 6.088.001 pb.

L’isolat fou cultivat en medi M9 amb glucosa com a font de carboni durant 2 setmanes. L’anàlisi per espectrometria de masses del sobrenedant indicà la presència de dos compostos semblants a la colistina. Aquests dos compostos serien polimixina A1 i polimixina A2.

L’anàlisi bioinformàtica del genoma indicava un clúster gènic responsable de la biosíntesi d’aquestes polimixines. Aquest clúster és format pels gens pmxA, pmxB i pmxE, i per dos gens de transportadors de tipus ABC. Els tres gens pmx codifiquen regions diferents de la polimixina.

P. polymyxa 1G contra vuit isolats resistents a la colistina

McLeman assajaren el sobrenedant (CFS) de P. polymyxa G1 contra vuit isolats d’E. coli resistents. El sobrenedant no era efectiu contra les soques resistents amb gens mcr. Tampoc no era amb una soca resistent sense aquests gens.

El valor de la biodiversitat

Les polimixines A1 i A2 de la soca 1G són semblants a altres polimixines A prèviament isolades. Disposar d’un bon nombre de variants és interessant ja que algunes d’elles podrien presentar un perfil nefrotòxic menys desfavorable. Certament, però, les polimixines de la soca 1G no poden fer front a bacteris que tinguin gens mcr, o altres gens de resistència.

Lligams:

- Antimicrobial Activity of a Polymyxin A-like Compound and Characterisation of the Cognate Biosynthetic Gene Cluster Within the Genome of the Producing Paenibacillus polymyxa. Amy McLeman, Alexander D. H. Kingdon, Robin Hoeven, George Taylor, Ellie Allman, Issra Bulgasim, Claudia McKeown, Richard N. Goodman, Sabrina Moyo, Adam P. Roberts. Antibiotics (2026)

Organoides cerebrals humans de cinc anys d’edat

El laboratori de Paola Arlotta fa recerca sobre desenvolupament del neocòrtex cerebral humà, amb un enfocament d’enginyeria de teixits. Un exemple d’això és el seu treball sobre organoides cerebrals: aquests sistemes in vitro poden constituir un model sobre el desenvolupament del cervell humà, tal com expliquen en un article publicat a Nature aquesta setmana, amb Irene Faravelli com a primera autora. El desenvolupament i maduració del cervell humà segueix un període de gairebé vint anys, amb tot una sèrie de processos específics que difícilment es poden seguir en models animals. Faravelli et al. han mantingut en cultiu alguns organoides cerebrals humans durant cinc anys en el decurs dels quals, amb condicions òptimes de creixement, han assolit una considerable extensió de la viabilitat de neurones excitatòries. Faravelli et al. han seguit l’evolució transcriptòmica dels diferents tipus cel·lulars. És remarcable que els perfils de metilació genòmica es corresponguin a l’edat del propi organoide. Quan generen organoides quimèrics amb progenitors neurals de diferents edats, els progenitors vells es diferencien en neurones ràpidament, com si guardessin una memòria del temps que ja havien passat in vitro. Faravelli et al. confien que els seus organoides podran persistir en bones condicions de cultiu durant molts anys.

Faravelli et al. han seguit la maduració progressiva al llarg de cinc anys de cultius d’organoides d’escorça cerebral humana

Els organoides com a model

El desenvolupament del cervell humà, com el de qualsevol altre òrgan, és orquestrat per programes transcripcionals definits per ones d’expressió gènica regulades en l’espai i en el temps. Aquests patrons d’expressió gènica són el fruit de canvis dinàmics ben coordinats en l’activitat d’elements reguladors i en la remodelació epigenòmica. En el cervell això es tradueix en l’aparició a temps oportú de diferents tipus cel·lulars neurals, que maduren progressivament.

Una diferència remarcable del cervell humà en comparació amb altres espècies de mamífers és la lentitud de desenvolupament i maduració. Les neurones de l’escorça cerebral requereixen anys per arribar a la plena maduració.

Aquest ritme lent de maduració s’observa també en tots els tipus cel·lulars derivats de cèl·lules mare pluripotencials humans (hPS). Hi ha barreres epigenètiques que forcen la lentitud de la maduració neuronal humana. També hi contribuiria la taxa del metabolisme mitocondrial.

A mig camí de l’òrgan in vivo i dels cultius cel·lulars, els organoides podrien ser un bon model per entendre la base molecular d’aquest procés. És una recerca pacient, val a dir, i en aquest article Faravelli et al. aporten informació epigenètica, estructural i funcional sobre organoides corticals humans de més de cinc anys d’existència. Segueixen el transcriptoma de cèl·lules individuals, i constaten que progenitors procedents d’organoides vells mostren una memòria del desenvolupament previ.

L’envelliment dels organoides en cultiu in vitro

Els organoides cerebrals humans segueixen el ritme lent i neotènic del cervell humà endogen pel que fa al desenvolupament i maduració. En la majoria d’estudis això no s’arriba a copsar, ja que no se’ls segueix més que durant uns mesos. Faravelli et al. desenvoluparen un protocol de cultiu a llarg termini, i alguns dels seus organoides ja han arribat als 5 anys d’edat.

Faravelli et al. han estudiat ara uns 34 organoides, amb edats de 6 mesos, 9 mesos, 1 any, 18 mesos, 2 anys, 3 anys, 4 anys i 5 anys, mitjançant una anàlisi de seqüència d’ARN d’una sola cèl·lular (scRNA-seq). Prèviament, disposen de dades d’uns 76 organoides de 15 dies a 6 mesos d’edat. La base de dades completa és, doncs, de 110 organoides, dels quals hi ha anàlisis de scRNA-seq de 424.720 cèl·lules.

Existeixen dades transcriptòmiques d’escorça cerebral humana endògena. Faravelli comparen els organoides amb aquestes dades:
- els organoides de 15 dies a 2 mesos són comparats amb cervells fetals humans del primer trimestre de gestació.
- els organoides de 3 a 6 mesos, a cervells fetals del segon trimestre.
- els organoides de 9 mesos a 5 anys, es corresponen a edats prenatals i postnatals.

La correspondència cronològica entre el desenvolupament in vivo i in vitro és remarcable. Els organoides de més de 12 mesos de cultiu presenten un transcriptoma anàleg al del cervell post-natal.

La metilació d’ADN, particularment en llocs CpG associats a l’edat, constitueix un rellotge epigenòmic de l’edat biològica. Si el metiloma és dinàmic en el primer desenvolupament, tendeix després a uns nivells alts i estables en la vida post-natal. Faravelli et al. han fet seqüenciació genòmica amb bisulfit (WGBS) d’organoides d’edats situades entre 3 mesos i 5 anys: el patró de metilació s’assembla al constatat in vivo.

En els organoides també es constata l’existència de regions de metilació diferenciada segons el tipus cel·lular (cdDMRs). Faravelli et al. identifiquen 213 DMRs correlacionades amb l’edat en els seus organoides. Observen també una metilació CpA progressiva en 1383 posicions.

Els rellotges epigenètiques Horvath (per a tots els teixits) i els específics de cervell fetal humà o per a escorça cerebral humana, prediuen unes edats de metilació d’ADN que correlacionen força amb el temps de cultiu de l’organoide.

La composició cel·lular dels organoides

Faravelli et al. han comprovat per scRNA-seq que en els seus organoides corticals hi ha presència dels diferents tipus cel·lulars esperables.

Els astròcits i els progenitors glials són ben presents en els organoides corticals de 5 anys de cultiu. Transcriptòmicament s’assemblen força als dels teixits vius. Els organoides d’aquesta edat presenten trets de maduració glial i mielinització.

Pel que fa a les neurones, les condicions de cultiu CDM4 comporten que en els organoides hi hagi un declivi progressiu de les poblacions neuronals. Tot i amb tot, en els organoides de 5 anys romanen els marcadors de neurones inhibidores i excitadores. Per immunohistoquímica, Faravelli et al. detecten el marcador NeuN i el marcador SATB2 en organoides de 5,8 anys de cultiu.

Quan els organoides són cultivats en medi BrainPhys suplementat amb GlutaMax, al cap de 9 mesos Faravelli et al. detecten un augment de neurones de projecció cal·losal. Això implica un augment del nombre de neurones actives. L’observació per microscòpia electrònica indica un augment de la densitat sinàptica. La microscòpia de fluorescència indica també un augment de la complexitat neuronal en termes d’arborització morfològica (longitud de neurites, nombre de braques terminals). Tot plegat condueix a definir unes condicions de cultiu permissible amb l’activitat neuronal que seria òptim per aprofitar els organoides com a model del funcionament cortical. Efectivament, organoides cultivats en aquestes condicions durant 2 anys retenen l’activitat neuronal, i a més ho fan amb un perfil diferent del dels organoides més joves.

La retenció del temps de desenvolupament

Molts models d’embrió (ratolí, pollastre) assenyalen que els diferents llinatges cel·lulars acumulen amb el temps una major restricció del seu potencial de diferenciació. Faravelli et al. mostren que això també passa en els seus organoides.

Faravelli et al. han generat organoides quimèrics que integren progenitors de diferents edats. Aquests organoides tenen com a base un sistema quimeroide ex vivo de ratolí. Els quimeroides humans de Faravelli et al. són el resultat de la barreja de cèl·lules velles (procedents d’organoides de 9-12 mesos d’edat) o cèl·lules noves. Els quimeroides monocrònics vells presenten un perfil semblant als organoides de 9 mesos: els progenitors acaben per generar astroglia, com si retinguessin l’edat de l’organoide d’on procedien. En els quimeroides heterocrònics, cada progenitor respon d’acord amb l’edat de l’organoide de partida, però hi ha senyals que indiquen que els progenitors joves rejoveneixen un xic el programa dels progenitors vells.

Faravelli et al. ens mostren l’existència d’un rellotge intern al si de cada cèl·lula d’organoide que influeix en els seus patrons d’expressió gènica.

Lligams:

- Human brain organoids record the passage of time over multiple years. Irene Faravelli, Noelia Antón-Bolaños, Anqi Wei, Tyler Faits, Abhishek Sampath Kumar, Sophia Andreadis, Rahel Kastli, Marta Montero Crespo, Mara Steiger, Daniel Leible, Elizabeth Zhang, Bobae An, Yaron Meirovitch, Sayara Silwal, Sung Min Yang, Alexander Kovacsovics, Xian Adiconis, Helene Kretzmer, Joshua Z. Levin, Edward S. Boyden, Jeff Lichtman, Aviv Regev, Alexander Meissner & Paola Arlotta. Nature (2026).

Bacteriòfags com a moduladors de la susceptibilitat a antibiòtics

Microbiologia: En els anys 1920 hi hagué una recerca activa sobre l’ús de virus que infecten bacteris (virus bacteriòfags) per al tractament d’infeccions bacterianes. En l’era dels antibiòtics aquest interès davallà. L’augment de la resistència a agents antimicrobians ha alterat recentment aquest panorama. El bacteri Staphylococcus aureus resistent a la meticil·lina (MRSA) és un exemple de microorganisme patogen que mostra una extensa resistència a antibiòtics. El grup de recerca de Dezső Péter Virok ha investigat com l’exposició a bacteriòfags afecta el genoma, proteoma i susceptibilitat a antibiòtic d’un isolat clínic de MRSA. Ho expliquen en un article publicat ahir a la revista Antibiotics amb Otília Vágó com a primera autora. L’isolat MRSA era exposat al còctel de bacteriòfags PYOFAG. Vágó et al. comparaven petites colònies variants dels bacteris supervivents amb la soca mare amb tests fenotípics, seqüenciació genòmica, proteòmica comparada i microscòpia electrònica de transmissió. L’exposició als fags induïa canvis profunds en el creixement i la morfologia colonial i augmentava la susceptibilitat a antibiòtics (especialment, beta-lactàmics i aminoglucòsids). Genòmicament apareixien mutacions múltiples, la pèrdua de dues regions genòmiques, i canvis en el gen tarS. Proteòmicament hi havia canvis en vies metabòliques, de resposta a estrès i d’embolcall cel·lular. Les electromicrografies indicaven una reducció en el gruix de la paret cel·lular. L’exposició a fags, doncs, indueix una adaptació fenotípica i molecular en MRSA que acaben per promoure la susceptibilitat a agents antimicrobians.

Vágo et al. han estudiat com l’exposició a un bacteriòfag condueix a una remodelació genòmica i proteòmica d’una soca de ‘Staphylococcus aureus’ resistent a la meticil·lina, alterant-hi aquesta resistència.

MRSA en infeccions nosocomials

MRSA és un dels principals microorganisme responsables d’infeccions nosocomials (HA-MRSA) i comunitàries (CA-MRSA). El tractament és complex perquè MRSA és resistent a antibiòtics convencionals. Això es deu al gen mecA, que codifica una proteïna d’unió a penicil·lina (PBP2a). Altres factors fan que MRSA sigui sovint també resistent a macròlids, clindamicina o fluoroquinolones.

Els bacteriòfags són virus que infecten i lisen cèl·lules bacterianes a través de receptors específics. Aquesta especificitat els distingeix de l’acció dels antibiòtics. Hom ha descrit bacteriòfags capaços de lisar MRSA, d’atacar els seus biofilms i de reduir la severitat de les infeccions. La idea és combinar la teràpia amb bacteriòfags amb antibiòtics.

La sinèrgia fag-antibiòtic (PAS) s’ha observat en enterobacteris. En MRSA s’ha constatat amb antibiòtics com la daptomicina o la ceftarolina.

PYOFAG indueix canvis en la morfologia colonial de MRSAUS14

Vágó et al. incubaren 3,2 milions de cèl·lules de S. aureus en 80 μL, exposant-les a 20 μL d’un còctel comercial de fags, PYOFAG. Els experiments els feien amb controls sense exposició, i a diferents temps d’incubació (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 i 24 hores). La soca utilitzada de S. aureus és MRSAUS14.

En les primeres sis hores el còctel de fags no altera el creixement bacterià (mesurat per densitat òptica). Però a partir de llavors els fags provoquen una lisi bacteriana que es fa gairebé completa al cap de 24 hores.

Les colònies MRSAUS14 són grans i groguenques cultivades en agar sang. En canvi, les colònies MRSAUS14 després del tractament amb PYOFAG solen ser més petites. Això podria explicar-se per la pressió selectiva dels fags, que afavoriria la supervivència de subpoblacions de creixement més lent.

PYOFAG atenua la resistència antimicrobiana de MRSAUS14

Les colònies petites de MRSAUS14 post-PYOFAG tenen un perfil de susceptibilitat a antibiòtics més accentuat que les colònies originals de MRSAUS14. Els antibiogrames ho mostren especialment per a antibiòtics beta-lactàmics i aminoglucòsids.

PYOFAG indueix canvis genòmics en MRSAUS14

Vágó et al. feren seqüenciació genòmica de colònies originals de MRSAUS14 i de colònies petites de MRSAUS14 post-PYOFAG. Com és lògic la identitat dels dos genomes és alta (99,29%). La diferència es manifesta en delecions de dues regions:
- Contig 13, de 14114 bp, i que abasta 15 gens.
- Contig 24.

L’anàlisi de variants mostra 197 mutacions: 156 de canvi de nucleòtid (SNPs), 37 de més d’un nucleòtid (MNPs) i 4 insercions/delecions. 55 mutacions eren intergèniques. El nombre de gens afectats era de 28.

PYOFAG indueix canvis proteòmics en MRSAUS14

Vágó et al. estudien l’expressió global de proteïnes amb LC-MS/MS. La comparació de l’exposició amb PYOFAG amb el control revela una remodelació del proteoma, amb 177 proteïnes sobreregulades i 299 proteïnes inhibides.

PYOFAG indueix una reducció del gruix de paret cel·lular de MRSAUS14

La microscòpia electrònica de transmissió indica que l’exposició amb PYOFAG condueix a unes parets cel·lulars una mica més fines (de 30 nm a 25 nm).

El doble efecte del còctel de bacteriòfags

PYOFAG és un còctel comercial de bacteriòfags que infecten Staphylococcus aureus. Vágó et al. han comprovat in vitro que el còctel té un efecte marcat sobre el creixement de MRSAUS14. Al cap de 6 hores, els bacteriòfags comencen a interferir en el creixement bacterià i la lisi acaba per eliminar la immensa majoria de bacteris.

El més interessant, però, és que els bacteris que aconsegueix sobreviure a PYOFAG tenen unes característiques diferents a la soca originària.

La composició de PYOFAG és un secret comercial, però Vágó et al. han pogut identificar la presència del fag Rosenblumvirus SCH1. En qualsevol cas, a l’efecte bacteriolític directe, cal sumar la inducció de canvis moleculars i fenotípics en els bacteris supervivents. Les subpoblacions supervivents són de creixement més lent, amb un metabolisme reprimit. Si bé aquestes subpoblacions tenen la capacitat de persistir a un atac amb bacteriòfags, són alhora més susceptibles a antibiòtics.

Val a dir que el creixement més lent, traduït en la formació de colònies més petites en agar sang, és una resposta habitual a situació d’estrès (estrès oxidatiu, acidificació, limitació de nutrients, etc.). El fenotip de colònies petites s’associa a bacteris més persistents.

Entre els bacteris supervivents, un 1,3% eren infectades per bacteriòfags. Els bacteris supervivents són genèticament heterogenis. Vágó et al. pensen que són el producte d’una selecció de subpoblacions resistents a la infecció o que han adquirit aquesta resistència durant l’exposició. Els resultats de Vágó et al. ens fan veure que molt probablement MRSAUS14, una soca d’origen clínic força utilitzada en recerca, és genèticament heterogènia.

Un dels canvis gènics detectats per Vágó et al. afecta la proteïna TarS, possiblement implicada en l’absorció de bacteriòfags. Aquest canvi provoca una alteració en la glicosilació de l’àcid teïcoic de la paret bacteriana, que si bé protegeix la cèl·lula de la infecció amb bacteriòfags, la fa més susceptible a antibiòtics beta-lactàmics.

Tot plegat a ajuda a entendre millor el mecanisme subjacent a la sinèrgia entre bacteriòfags i antibiòtics. La fagoteràpia és entesa com més va més com un complement als antibiòtics, i ja no tant com una mera alternativa.

Lligams:

- Bacteriophage Challenge Drives Genomic and Proteomic Remodeling and Alters Antibiotic Resistance in a Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus. Otília Vágó, Krisztián Laczi, László Orosz, Georgina Horváth, Károly Péter Sárvári, Diána Szabó, Regina Csordás, Zoltán Szabó, Caleb Ardizzone, Titanilla Szögi, Katalin Burián, Dezső Péter Virok. Antibiotics (2026).

L’atenció a les sensacions corporals regula la resposta immunitària en un model humà d’inflamació cutània

Neuroimmunologia: La psicòloga cognitiva Nofar Mizrachi, l’immunòleg clínic Menachem Rottem i la neurofisiòloga Liron Rozenkrantz publicaven ahir a la revista Nature Human Behaviour un article sobre com l’atenció voluntària regula respostes immunes agudes en humans. Per atenció entenen el mecanisme del sistema nerviós central que prioritza i conforma la informació sensorial. És sabut que si distraiem una persona de pensar en una ferida això li pot reduir la percepció de dolor. Però en aquest exemple, l’atenció voluntària sembla una capacitat tan sols un grau superior a la nocicepció. Més avall quedarien els processos biològics subjacents al dolor. Mizrachi et al. han fet els seus experiments amb un model d’inflamació aguda de la pell. Els subjectes eren orientats cap a atendre les sensacions corporals o bé eren distrets. El primer tractament conduïa a una resposta immune més regulada. Això es constatava en un 90% dels participants, i de mitjana l’atenció voluntària conduïa a una resposta immunitària 1,5 vegades menor. Darrera d’aquesta diferència hi hauria una ruta sensorial, però també una activitat vagal parasimpàtica. La percepció té una conseqüència biològica que va més enllà de l’àmbit purament experiencial.

Mizrachi et al. mostren com una atenció voluntària o una distracció influeixen en el procés inflamatori cutani

L’atenció i la inflamació

L’atenció és un mecanisme cognitiu central que prioritza informació sensorial en el processament neural. Conforma l’activitat neural i modula la percepció sensorial. Això darrer inclou la propiocepció, la percepció del propi cos. Un aspecte de la propiocepció és la nocicepció, la percepció del dolor i la coïssor.

La nocicepció no tan sols regula el comportament ‘superior’ de l’organisme, sinó que també modula les respostes immunes ‘inferiors’. En models de rata i ratolí s’ha constatat que la disrupció de la nocicepció condueix a la desregulació immune. Experiments ben controlats en humans han corroborat que la distracció del dolor o de la coïssor condueix a una reducció de la desplaença. Mizrachi et al. temen que aquest efecte positiu comporti però una desregulació immune.

L’al·lostasi seria el control predictiu dels estats corporals interns per part de les funcions cognitives superiors. El cervell ajustaria l’activitat del sistema nerviós autònom, del sistema endocrí i del sistema immunitari. L’atenció no tan sols modularia la propiocepció sinó que també conformaria respostes reguladores més profundes. El sistema nerviós parasimpàtic té una acció reguladora ‘anti-inflamatòria’.

Mizrachi et al. volien estudiar directament en humans si l’atenció voluntària pot regular la inflamació aguda. La inflamació aguda és una resposta protectora fonamental per a contindre una lesió o inflamació. Podem considerar-la un mecanisme fisiològic ‘vegetatiu’, essencialment reflexiu o autònom, fora de la influència voluntària. Però tota activitat immune és acoblada a circuits neuronals, sensorials o autònoms.

Mizrachi et al. empren el test cutani estandarditzat d’histamina. Aquest és un model que indueix una reacció inflamatòria breu i ben caracteritzada en la pell. Mizrachi et al. veuen la pell com una interfície neuroimmune accessible, densament innervada per fibres sensorials i poblada per cèl·lules immunes. La resposta immunitària en aquest test apareix en minuts, fa un pic a 15-20 minuts, i es pot quantificar en termes d’inflor (edema) i rojor (eritema). Si l’activitat immune de l’individu és ben regulada, la resposta inflamatòria serà menor.

Mizrachi et al. aplicaven el test en dues condicions:
- els participants havien de romandre 20 minuts focalitzant l’atenció a les sensacions que tenien en el lloc de la punxada amb histamina. Són les condicions interoceptives.
- els participants havien de romandre 20 minuts focalitzant l’atenció a sensacions externes presentades en un pantalla. Són les condicions exteroceptives.

En cada experiment els individus passaven per les dues condicions seguint un ordre equilibrat. Així cada participant era control d’ell mateix.

Mizrachi et al. feren tres experiments:
- en el primer, l’atenció interna era contrastada amb una distracció basada en vídeo.
- en el segon, l’input visual era idèntic.
- en el tercer, es comprovava la senyalització sensorial.

L’atenció interna regula la resposta inflamatòria aguda

En l’experiment 1 participaren 37 persones. Quan es promovia l’atenció interna, es reduïa l’edema i l’eritema, en comparació a la distracció amb videoclips en el 90% dels subjectes. La distracció, de mitjana, conduïa a una inflamació un 50% superior.

La diferència ja apareix als 3 minuts de la punxada i es manté en els primers 20 minuts, i en la recuperació posterior. El 90% dels participants amb atenció interna ja anaven de baixada en la inflamació a 20 minuts, mentre que en els participants distrets això baixava al 46%.

La diferència era més clara en l’edema que en l’eritema.

La regulació atencional és independent d’atendre altres tasques

En el segon experiment participaren 20 subjectes. En aquest cas havien de seguir estímuls visuals en la pantalla i resoldre tasques. La diferència era que en l’interocepció havien de relacionar formes amb les sensacions en el lloc inflamat, i en l’exterocepció amb objectes de la vida real.

Les diferències atencionals es mantenien.

El rol dels sentits en la regulació atencional de la inflamació

En l’experiment 2, els subjectes sota distracció reportaven menys coïssor i cremor.

En l’experiment 3 participaren 17 subjectes. En aquesta ocasió el test de punxada amb histamina es combinava amb lidocaïna tòpica. La lidocaïna disminueix l’eritema però no afecta l’edema. La lidocaïna actua com a anestèsic local. En aquestes condicions l’efecte regulador de l’atenció sobre el sistema immune era afeblit però no abolit. Ara bé, en aquestes condicions la percepció de coïssor és igual en les dues condicions experimentals.

Altres variables indicaven que l’atenció voluntària s’associa a una major variabilitat de la freqüència cardíaca, la qual cosa suggereix la intervenció de l’activitat vagal (sistema nerviós autònom parasimpàtic). Aquesta activitat parasimpàtic es mantindria fins i tot amb l’administració de lidocaïna.

Podem extreure la conclusió que en cas de patir una petita lesió que cursarà amb una inflamació aguda, val més pensar-hi en el procés de guariment per tal que la resposta sigui mesurada i efectiva, malgrat que això comportarà que ens farà una mica més de mal. És allò de, si pica és senyal que es guareix. Ara bé, un analgèsic local no anul·larà l’efecte beneficiós de la introspecció.

Lligams:

- Voluntary attention regulates acute immune responses in humans. Nofar Mizrachi, Menachem Rottem & Liron Rozenkrantz. Nature Human Behaviour (2026).

Equacions diferencials parcials, geometria simplèctica, o-minimalitat i anàlisi harmònica (Deng, Pardon, Tsimerman i Wang, Medalles Fields 2026)

Matemàtiques: Avui ha arrencat a Filadèlfia el Congrés Internacional de Matemàtiques. Com cada quatre anys, un dels primers actes ha estat l’anunci dels guardonats amb la medalla Fields. Són quatre els matemàtics menors de 40 anys que han estat reconeguts per haver fet importants contribucions a la disciplina.

Yu Deng i les equacions diferencials parcials

Yu Deng (邓煜, *Shenzhen, Guangdong, 1989), professor de matemàtiques a la Universitat de Chicago, ha rebut la Medalla Fields «pel seu treball en equacions diferencials parcials, incloent la derivació rigorosa de l’equació de Boltzmann des de la dinàmica d’esfera dura per a gasos rarificats, la derivació d’equacions cinètiques d’ona des de sistemes dispersius no-lineals, i aproximacions probabilístiques a dinàmiques no-lineals de Schrodinger».

Yu Deng ha combinat tècniques d’equacions diferencials parcials, probabilitat i física matemàtica en l’anàlisi rigorosa de sistemes dinàmics complexos. Ha aclarit així com emergeix el comportament macroscòpic i estatístic a partir de dinàmica microscòpica.

Zaher Hani, Xiao Ma i Yu Deng treballaren en la derivació de l’equació de Boltzmann a partir de la dinàmica determinística d’esfera dura en un règim de baixa densitat (Deng et al., 2024). Aquesta derivació és rigorosa per a gasos rarificats pels quals hi ha una solució Boltzmann. Això connecta els sistemes newtonians de partícules amb la teoria cinètica en el context de la mecànica estatística fora d’equilibri.

Hani i Deng aprofundiren en la derivació de funcions cinètiques d’ona a partir de sistemes dispersius no-lineals (Deng & Hani, 2023). La dinàmica no-lineal determinística explicaria així el comportament estatístic i la transferència d’energia. Aquest és un dels fonaments matemàtics de la teoria de la turbulència d’ones.

Andrea Nahmod, Haitian Yue i Deng desenvoluparen aproximacions probabilístiques innovadores a equacions no-lineals de Schrödinger (Deng et al., 2022). Això ha ajudat a entendre el comportament a llarg termini, la propagació de l’aleatorietat i l’estabilitat en equacions diferencials parcials dispersives no-lineals.

John Pardon i la geometria simplèctica

John Pardon (*Chapell Hill, North Carolina, 6.1989), membre permanent del Simons Center for Geometry and Physics, ha rebut la Medalla Fields «pels seus assoliments en geometria simplèctica, incloent-hi noves aproximacions a cicles fonamentals virtuals, categories Fukaya de certes varietats i corbes holomòrfiques comptadores i per les seves contribucions a altres àrees de geometria i topologia, incloent-hi accions de grup en varietats-3 i teoria de nusos.».

John Pardon ha treballat en la distorsió de nusos toroidals. Ha demostrat per a n=3 que és certa la conjectura de Hilbert-Smith segons la qual un grup topològic localment compacte que actuï fidelment en una varietat-n ha d’ésser un grup de Lie (Pardon, 2013).

John Pardon emprà tècniques de topologia algebraica en la construcció de cicles fonamentals virtuals per a espais mòduls de corbes pseudo-holomòrfiques (Pardon, 2016). Així demostrà la conjectura d’Arnold.

Arnold, Ganatra i Shende ha treballat en categories de Fukaya per a varietats simplèctiques no-compactes (Ganatra et al., 2024).

Pardon ha tractat el problema de comparar mètodes diferents per a comptar corbes en varietats-3 complexes de Calabi-Yau (Pardon, 2023).

Jacob Tsimerman i la o-minimalitat

Jacob Tsimerman (*Kazan, 26.4.1988), professor de matemàtiques a la Universitat de Toronto, ha rebut la Medalla Fields «per la seva contribució a la transformació de l’o-minimalitat en mètode fonamental de la geometria aritmètica i algebraica complexa, i el seu paper en la demostració de moltes conjectures centrals incloent-hi la conjectura de Griffiths sobre l’algebraicitat d’imatges dels mapes de període, i la conjectura Andre-Oort per a varietats modulars de Siegel.».

Bakker, Brunebarbe i Tsimerman estengueren la teoria de Peterzil i Starchenko en un teorema GAGA plenament desplegat sobre la possibilitat d’espais complexos no-reduïts (Bakker et al., 2022). Demostraren la conjectura de Griffiths sobre l’algebraicitat d’imatges de mapes de període.

Tsimerman (2015) completà la prova per a varietats modulars de Siegel de la conjectura d’André-Oort.

Mok, Pila i Tsimerman han emprat l’o-minimalitat i tècniques de teoria de nombres i de geometria per a demostrar la conjectura d’Ax-Schanuel per a varietats de Shimura (Mok et al., 2019). Amb Bakker demostrà una versió funcional de la conjectura d’André-Grothendieck sobre període de transcendència (Bakker & Tsimerman, 2025).

Hong Wang i l’anàlisi harmònica

Hong Wang (王虹,*Guilin, Guangxi, 1991), professora de matemàtiques a NYU Courant, ha rebut la Medalla Fields «pel seu treball en anàlisi harmònica i teoria de la mesura geomètrica, incloent-hi aplicacions de tècniques de multiescala i desacoblament a la conjectura de suavització local per a l’equació d’ona planar, i avanços importants en la restricció de Fourier, els conjunts de distància de Falconer, els conjunts de Furstenberg en el pla i el problema de Kakeya en tres dimensions».

Larry Guth, Ruixiang Zhang i Hong Wang introduïren el desacoblament i l’argument multiescala per a resoldre la conjectura de suavització local per a l’equació d’ona planar.

Wang, Guth, Alex Iosevich i Yumeng Ou aclariren la relació entre la dimensió de Hausdorff i l’estructura de distribucions de distància en el problema de conjunt de distància de Falconer (Guth et al., 2019). Kevin Ren i Wang treballaren en la teoria dels conjunts de Furstenberg en el pla, aprofundint en la comprensió de fenòmens direccionals en geometria fractal (Ren & Wang, 2023).

Joshua Zahl i Wang han desenvolupat nous límits i tècniques estructurals per a col·leccions de tubs fins, obrint noves direccions en el problema de Kakeya per a tres dimensions (Wang & Zahl, 2025).

Lligams:

- International Congress of Mathematicians 2026.

- Long time derivation of the Boltzmann equation from hard sphere dyamics. Yu Deng, Zaher Hani, Xiao Ma. Ann. of Math. (2024).

- Full derivation of the wave kinetic equation. Yu Deng & Zaher Hani. Invent. Math. 233, 543-724 (2023).

- Random tensors, propagation of randomness, and nonlinear dispersive equations. Yu Deng, Andrea R. Nahmod & Haitian Yue. Invent. Math. 228, 539–686 (2022).

- The Hilbert–Smith conjecture for three-manifolds. John Pardon. J. Amer. Math. Soc. 26, 879-899 (2013).

- An algebraic approach to virtual fundamental cycles on moduli spaces of pseudo-holomorphic curves. John Pardon. Geometry & Topology 20, 779-1034 (2016).

- Sectorial descent for wrapped Fukaya categories. Sheel Ganatra, John Pardon and Vivek Shende. J. Amer. Math. Soc. 37, 499-635 (2024).

- o-minimal GAGA and a conjecture of Griffiths. Benjamin Bakker, Yohan Brunebarbe, Jacob Tsimerman. Inventiones mathematicae 587, 163-228 (2022).

- The André-Oort conjecture for Ag. Annals of Mathematics, 187, 379-390 (2015).

- Ax-Schanuel for Shimura Varieties. Ngaiming Mok, Jonathan Pila, Jacob Tsimerman. Annals of Mathematics, 189, 945-978 (2019).

- Functional Transcendence of Periods and the Geometric André--Grothendieck Period Conjecture. Ben Bakker, Jacob Tsimerman. Forum of Mathematics Sigma, 13 , Paper No. e97 (2025).

- On Falconer's distance set problem in the plane. Larry Guth, Alex Iosevich, Yumeng Ou, Hong Wang. Invent. Math (2019).

L’escapament d’heli atmosfèric del planeta LHS 1140b

Planetologia: És habitual detectar l’escapament d’heli atmosfèric en planetes gegants gasosos altament irradiats. Però Collin Cherubim et al. reporten en un article a la revista Science haver-ho detectat en un planeta rocallós. Hom pensaria que en un planeta rocallós l’heli atmosfèric és una espècie rara i transitòria, tal com passa a la Terra. Però resulta que observacions espectroscòpiques de l’infraroig proper del planeta LHS 1140b indiquen un escapament considerable d’heli de l’atmosfera planetària. LHS 1140b és un exoplaneta rocallós que, a més, orbita el seu estel, LHS 1140, en la zona habitable. Val a dir que LHS 1140 és un estel de baixa massa. En les observacions del 2025, però, no es detectava absorció d’heli com si passa en les del 2024, de forma que es tractaria d’un fenomen variable en el temps. Cherubim et al. pensen que l’atmosfera superior de LHS 1140b és dominada per heli, amb depleció d’hidrogen per damunt, i amb altres espècies volàtils atrapades en l’atmosfera inferior. Val a dir que al planeta LHS 1140c, que segueix una òrbita inferior, no hi hauria presència d’heli.

Cherubim et al. han examinat l’espectre del planeta LHS 1140b

Les atmosferes dels planetes rocallosos

La recerca en les atmosferes dels planetes rocallosos es fixen especialment en el seu rol com a reguladores del clima, absorbidores de radiació ionitzant, i essencialment en el manteniment d’una hidrosfera líquida. Fins ara, hom ha pogut observar atmosferes preferentment en planetes gegants, gasosos, i altament irradiats. Observar-ne en planetes menors, més freds i rocallosos és més complex.

La clau és fer aquestes observacions en planetes que orbiten estels nans vermells (nans M). Al capdavall són la classe més abundant d’estels, i en ells hi ha menor contrast de massa i lluminositat entre l’estel i el planeta. Els nans vermells són més actius que el nostre Sol, i les emissions d’alta energia poden afavorir processos d’escapament atmosfèric en els planetes. Hom ha arribat a pensar que al voltant dels nans vermells només poden haver planetes rocallosos sense atmosfera o d’atmosfera tènue.

LHS 1140b és una superterra, amb una massa de 5,60 ± 0,19 masses terrestres i un radi de 1,730 ± 0,025 radis terrestres. En termes de densitat ha de comptar amb un component de baixa densitat, bé una atmosfera o una hidrosfera. El seu període orbital és de 24,7 dies. La radiació estel·lar rebuda equival al 42% de la que rep la Terra del Sol, de forma que s’hi calcula una temperatura d’equilibri de 226 ± 4 K: hi podria haver aigua líquida.

LHS 1140c és una superterra més petita (1,91 ± 0,06 masses terrestres i 1,272 ± 0,026 radis terrestres), amb un període orbital de 3,78 dies, i amb una radiació estel·lar cinc vegades superior a la rebuda per la Terra.

L’estel LHS 1140 (= GJ 3053) té una edat superior a 3000 milions d’anys, segons es pot deduir del seu llarg període de rotació (131 dies). És un estel inactiu, situat a 14,96 ± 0,01 parsecs del Sol.

Observacions espectroscòpiques de LHS 1140

Cherubim et al. han observat el sistema LHS 1140 amb l’espectrògraf WINERED del telescopi Magellan Clay de l’Observatori de Las Campanas. El 23 de setembre del 2024 l’observaren durant 6,5 hores, cobrint un trànsit de cada planeta, separats per 39 minuts.

En l’espectre es detectà una línia d’absorció a 10,833 Å durant el trànsit de LHS 1140b, corresponent a la presència d’heli metastable.

La comparació dels espectres abans i durant el trànsit indicava que l’escapament d’heli es produiria en una cua projectada en el sentit de translació del planeta, anàloga a l’observada en exoplanetes gegants. La cua es formaria bé pels vents estel·lars o per la interacció entre els camps magnètics estel·lar i planetari.

L’observació de LHS 1140c en el 2024 no assenyala presència d’heli. Tampoc n’hi ha en l’observació de LHS 1140b en el 2025.

L’atmosfera de LHS 1140b

L’absorció d’heli observada per a LHS 1140b en el 2024 obeiria segons Cherubim et al. a un flux hidrodinàmic procedent de l’atmosfera. La causa podria ésser l’escalfament per les emissions estel·lars de raigs X i ultraviolat extrem. També podria obeir a altres activitats de l’estel LHS 1140b. Cherubim et al. exclouen que es tracti d’un artefacte produït per heli present en l’atmosfera terrestre.

Les capes altes de l’atmosfera de LHS 1140b han d’ésser riques en heli i pobres en hidrogen (He:H de l’ordre de 1000).

La variabilitat en el flux d’heli podria deure’s a variacions en les emissions XUV de l’estel.

Una qüestió oberta en planetologia comparada és la diferència entre els planetes rocallosos amb i sense atmosfera. LHS 1140c seria una superterra sense atmosfera o amb una atmosfera molt tènue. En canvi, LHS 1140b hauria retingut una atmosfera considerable durant 3000 milions d’anys. La diferència en la distància a l’estel hauria segellat el destí dels dos planetes.

Lligams:

- Helium escaping from the atmosphere of a nearby rocky exoplanet orbiting in a habitable zone. Collin Cherubim, Shreyas Vissapragada, Tim Cunningham, Annabella G. Meech, David Charbonneau, Robin Wordsworth, Aaron Householder, Johanna Teske, Leonardo A. Dos Santos, Nicole L. Wallack, William Misener, Zifan Lin, Andrew McWilliam, Michael Zhang, Jason A. Dittmann, Mercedes López-Morales. Science (2026).

Investiguen el meteorit que va caure a Hillsborough, NJ el 16 de juliol del 2024

Astronomia: Ara fa dos anys, el 16 de juliol del 2024, a les 15:17:27,6UTC, un bòlid fou observat a plena llum del dia als estats de New York, New Jersey, Connecticut, Rhode Island, i Pennsylvania. A les 15:20 UTC, un gran meteorit impactà en el sostre d’una casa a Hillsborough, NJ, i fragments cobriren el llit i la catifa del dormitori principal. Ara, en un article a Science Advances, Peter Jenniskens et al. expliquen que es tracta d’una bretxa CM2 que conté clasts CM1 únics rics en aigua i sodi. El meteorit conté aminoàcids en abundància, així com altres substàncies orgàniques en salmorra. Fins ara no s’havia reportat la presència de salmorra en condrites carbonàcies CM (tipus Mighei). Sí que s’havia detectat en material carbonaci CI (tipus Ivuna) retornat en forma controlada dels asteroides Ryugu i Bennu, la presència de sodi mobilitzat per l’evaporació o congelació en salmorra. Jenniskens et al. pensen que aquesta fou una via d’entrada de matèria orgànica a la Terra primigènia.

El 16 de juliol del 2024 una bola de foc fou captada, entre d’altres localitats, des de Northford, CT (A). Un meteorit va impactar en un habitatge a Hillsborough (B i C), i se’n van poder recuperar fragments (D)

Asteroides i meteorits

L’asteroide o planeta nan Ceres presenta cràters amb àrees blanques brillants, dominades per carbonats sòdics. Hom pensa que són dipòsits evaporítics de fluids salobrosos sublimats originats d’una capa subsuperficial de glaç. És possible que aquesta capa també sigui present en altres asteroides més petits. És possible que en aquest context hagin tingut lloc reaccions de química orgànica de caràcter prebiòtic.

Missions de presa de mostres d’asteroides com Ryugu i Bennu han permès l’arribada controlada a la Terra de material. En condrites carbonàcies de tipus Ivuna s’han detectat seqüències evaporítiques.

Les col·leccions habituals de meteorits són de difícil utilització en aquests estudis perquè la meteorització terrestre pot haver afectar la precipitació de sals.

El meteorit de Hillsborough del 2024 no ha patit una meteorització terrestre descontrolada. Es relaciona directament amb el bòlid registrat el 16 de juliol del 2024, reportat per 60 observadors visuals a l’American Meteor Society. Del bòlid tenim imatges de dues estacions Allsky7, i d’una càmera de Wayne, NJ. Es pot reconstruir la trajectòria del bòlid, i de la pols generada a cada flamarada. El radar meteorològic de l’Aeroport de Newark captà els meteorits resultants. El boom sònic també ajuda a fer-hi un seguiment, i a calcular la massa inicial de l’impactador en 53 ± 6 kg.

A. Gordon, l’amo de la casa de Hillsborough, NJ sentí un fort soroll cap a les 15:20. Trobà un forat al sostre del dormitori principal, i material negre que cobria el llit i la catifa. Feia pudor a sofre. Tingué prou sang freda com per posar-s’hi guants i aplegar el material embolicat en paper d’alumini en gerres de vidre: en total recuperà 1,35 kg de material.

El meteorit de Hillsborough és la 22ª caiguda registrada d’un meteorit de tipus CM. És la 2ª de tipus CM1/2 (la primera, a Kolang, fou el 2020). A diferència de Kolang, aquest material fou preservat de la pluja i del sòl.

Es tracta d’un material extremadament friable. Això explica que l’electromicrografia d’escaneig el mostri com una bretxa fina: el clast continu més gran fa 5 mm. Entre la matriu de grans hi ha cristalls de dolomita i magnetita. El contingut en sodi és inusualment alt, especialment concentrat en les zones de fractura.

La majoria de carbonats del material és calcita. Hi ha abundància de pirrohita. La hidratació és considerable. La densitat del material és de 1.89 ± 0.01 g/cm3, de la qual cosa es dedueix que el meteoroide original feia uns 38 cm de diàmetre. La porositat del meteoroide seria alta, del 35%.

La geoquímica del material

Es va fer una anàlisi dels isòtops d’oxigen de sis fragments (de 3,8 a 7,4 mg). Els valors entren en el rang de les condrites CM.

El contingut baix de beril·li-10 i alumini-26 indicaria una exposició limitada a raigs còsmics. No hauria passat en el medi interplanetari més que 200.000 anys. Més llarg hauria estat el període d’exposició al vent solar quan era a la superfície del cos parental. Efectivament, es tractaria de bretxa regolítica que hauria passat en aquest estat entre 2,2 i 5,7 milions d’anys. Anteriorment hauria estat protegit per un camp magnètic de <~400 nT.

Matèria orgànica

El contingut de matèria orgànica mostra presència de nitrogen i sofre. El contingut alifàtic és relativament feble en relació al contingut aromàtic. Hi ha compostos oxigenats, que superen els compostos aromàtics policíclics no-oxigenats. S’hi detecta una barreja complexa d’aminoàcids alifàtics de fins a 11 àtoms de carboni. Hi ha presència d’àcid α-aminoisobutíric i d’isovalina racèmica.

La riquesa en sodi s’explicaria perquè el material entrà en contacte amb fluids salobrosos en el cos parental. Cal pensar que el cos parental experimentà una gran col·lisió generadora d’una família d’asteroides (com ara la família de 163 Erigone, la família Veritas o la família de 24 Themis). Fa 200.000 anys, un dels membres d’aquesta família ja hauria adquirit una òrbita propera a la Terra, i eventualment perdé un meteoroide de 53 kg arran d’un impacte.

Lligams:

- Meteor over New York City: Brines in a primitive CM asteroid. Peter Jenniskens, Michael E. Zolensky, Austin Gordon, Jamie Gordon, Mike Hankey, Elizabeth A. Silber, Miro Ronac Giannone, Jangmi Han, Loan Le, Marc D. Fries, Karen Ziegler, Queenie H. S. Chan, Diptimayee Behera, Jonathan S. Watson, Mark A. Sephton, James Brakeley, Bianka Munday, Yoko Kebukawa, Zack Gainsforth, Masanori Suzuki, Gregory A. Brennecka, Jan H. Render, Henner Busemann, Daniela Krietsch, Colin Maden, Kees C. Welten, Kunihiko Nishiizumi, Marc W. Caffee, Takahiro Hiroi, Stefan Ruchti, Philippe Schmitt-Kopplin, Jasmine Hetzog, Vincent Carré, Daniel P. Glavin, Jason P. Dworkin, Hannah L. McLain, Angel Mojarro, José Aponte, Denise Buckner, Nanako O. Ogawa, Yoshinori Takano, Naohiko Ohkouchi, Sonia M. Tikoo, Ji-In Jung, Eva M. Riveros, Jon M. Friedrich, Denton S. Ebel. Science Advances (2026).