Un càlcul del risc genètic de patir la malaltia d’Alzheimer d’acord amb 75 loci

Genètica humana: Céline Bellenguez i Jean-Charles Lambert, del grup de recerca de Déterminants moléculaires de la maladie d’Alzheimer et síndromes apparentés de l’Institut Pasteur de Lille, són els autors corresponsals d’un article aparegut ahir a la revista Nature Genetics en el que s’aporten noves dades sobre etiologia genètica d’aquestes demències. Bellenguez et al. consideren que la caracterització del paisatge genètic de la malaltia d’Alzheimer (AD) i demències relacionades (ADD) contribueix a una comprensió dels processos fisiopatològics subjacents. Aporten en aquest sentit un estudi d’associació de tot el genoma en dues fases a partir de 111.326 casos clínicament diagnosticats de malaltia d’Alzheimer i 677.663 controls. En aquest estudi troben 75 loci de risc, dels quals 42 no havien estat identificats en investigacions prèvies. Les anàlisi d’enriquiment de vies metabòliques indiquen, com han fet estudis previs, la implicació de les vies de les proteïnes amiloide i tau, i de la micròglia (les cèl·lules no-neuronals del sistema nerviós). Els 42 loci esmentats els han permès d’identificar 31 gens que indicarien altres processos implicats en l’Alzheimer i que fins ara havien passat desapercebuts: la via de senyalització del TNFα, el complex d’ensamblatge de la cadena lineal d’ubiqüitina, etc. De tot plegat en resulta una nova puntuació de risc genètic associat bé amb el risc de patir en el futur la malaltia d’Alzheimer, o bé amb la progressió des d’una afectació cognitiva lleu a la demència. En aquesta puntuació la diferència entre les persones situades en el decil inferior i les situades en el decil superior comporta un augment del 90% en el risc per a les darreres.

L’estudi d’associació de tot el genoma ha permès Bellenguez et al. d’identificar 42 loci significants que abans no havien estat associats amb el risc genètic de l’Alzheimer. Mitjançant un mètode de priorització d’aquests 42 loci destrien un total de 55 gens d’interès

L’heretabilitat de la malaltia d’Alzheimer

La malaltia d’Alzheimer és la forma més comuna (60-70%) de demència, afectant 50 milions de persones a tot el món. L’heretabilitat, és a dir la fracció de la variació entre tindre’n o no tindre’n deguda a factors genètics, se situa, segons les estimacions, entre un 60% i un 80%. És comprensible que els genetistes s’esforcin per escatir quin són els gens responsables d’aquesta alta heretabilitat. Aquest coneixement genètic, a més, contribueix a entendre els processos fisiopatològics que hi ha al darrera de la malaltia d’Alzheimer, amb les consegüents aplicacions en el pronòstic i el diagnòstic, i en la identificació de noves dianes terapèutiques. Les modernes tècniques genòmiques han permès identificar el rol de gens que haurien passat desapercebuts a través de les eines de la genètica clàssica.

Una meta-anàlisi d’estudis d’associació genòmica

Els estudis d’associació de tot el genoma (GWASs) són un dels instruments preferits per trobar la base genètica concreta de la variabilitat heretable de trets complexos. L’European Alzheimer & Dementia Biobank (EADB) és un consorci que aplega diversos GWAS europeus dedicats a l’estudi de la malaltia d’Alzheimer. Bellenguez et al. aprofiten aquesta col·laboració per derivar una nova base de dades de 20.464 casos clínicament diagnosticats de malaltia d’Alzheimer i 22.244 controls, procedents d’un total de quinze països europeus. Els resultats corresponents han estat meta-analitzats amb la base de dades del UK Biobank, en la qual els voluntaris inscrits havien de respondre si els seus pares havien tingut o tenien demència.

En la primera etapa de l’EADB, la de la meta-anàlisi de GWAS, es contemplaven 39.106 casos diagnosticats de malaltia d’Alzheimer, 46.828 casos de demència referida pels fills i 401.577 controls. Després d’un control de qualitat de les dades, emergien 21.101.114 variants. D’aquestes variants se seleccionaren les que presentaven una associació estatísticament significativa amb la malaltia (P<1·10^-5). Al voltant de cadascuna d’aquestes variants significatives es definiren regions gèniques, amb cura de no superposar-les, i excloent-hi la regió corresponent al gen de l’APOE (el gen de l’apolipoproteïna E, factor gènic ben conegut de la malaltia d’Alzheimer).

En l’etapa II de l’EADB s’examinaven totes les variants en una mostra procedent dels consorcis ADGC, FinnGen i CHARGE, consistent en 25.392 casos d’Alzheimer i 276.086 controls. En aquest cas es consideraven significatius els senyals associats (P ≤ 0.05) que presentaven la mateixa direcció d’associació en les etapes I i II de l’estudi, i s’associaven amb risc d’ADD amb una P ≤ 5 × 10⁻⁸.

De l’etapa II resultava la definició de 39 senyals de 33 loci que ja apareixien en estudis anteriors com a associats al risc de desenvolupar una demència relacionada amb l’Alzheimer. Addicionalment, s’identificaven 42 loci que no apareixien en la bibliografia, dels quals 17 derivaven directament de l’etapa I i 25 havien estat identificats en l’etapa II. Val a dir, que d’aquests 42 loci, n’hi ha nou (APP, CCDC6, GRN, LILRB2, NCK2, TNIP1, TMEM106B, TSPAN14 i SHARPIN) que han aparegut en estudis fets en paral·lel sobre les mateixes dades.

Bellenguez et al. han estudiat amb especial detall el locus HLA (antígen leucocitari humà).

La comparació amb altres malalties neurodegeneratives

Bellenguez et al. han comprovat l’associació de les principals variants dels 42 loci referits amb el risc de desenvolupar altres malalties neurodegeneratives. Val a dir, que entre aquests loci hi ha dos associats a la malaltia de Parkinson (IDUA i CTSB), dos associats a la demència frontotemporal (TMEM106B i GRN) i un a l’esclerosi lateral amiotròfica (TNIP1).

L’anàlisi de vies metabòliques

Els resultats de l’etapa I de l’estudi serveixen de base a una anàlisi d’enriquiment de vies. Aquesta anàlisi identifica 93 conjunts de gens estatísticament significatius per a l’associació amb l’Alzheimer. Com és d’esperar, els conjunts més significatius són els relacionats amb la proteïna amiloide i la proteïna tau: al capdavall, la malaltia d’Alzheimer ha estat definida com una proteïnopatia d’acumulació d’aquests dos components en particular.

Un altre conjunt de gens significatiu es relaciona amb els lípids: cal no oblidar que un dels factors genètics més robustament associats al risc de la malaltia d’Alzheimer és una variant de l’apolipoproteïna E4.

Un altre conjunt de gens rellevant es relaciona amb l’endocitosi i la immunitat. En la fisiopatologia de l’Alzheimer és ben coneguda la implicació dels processos d’activació de macròfags i de cèl·lules de la micròglia.

Si hom limita l’anàlisi als casos clínicament diagnosticats d’Alzheimer, el nombre de conjunts de gens significatius baixa de 93 a 54. D’aquests 54, n’hi ha 33 que són significatius ja en l’etapa I de l’estudi.

Anàlisi d’enriquiment d’expressió a través de l’Allen Brain Atlas

L’Atles Cerebral Allen ofereix dades d’expressió gènica de 49.495 nuclis cel·lulars de 8 cervells humans. Bellenguez et al. analitzen l’expressió dels 42 loci referits en aquest atles, i troben que tan sols l’expressió microglial assoleix un nivell alt de significància. Una major expressió microglial d’aquests gens es correspondria a una associació més significativa amb la demència relacionada amb l’Alzheimer. Aquest rol de la micròglia també es posa de manifest emprant una base de dades semblant de ratolí.

Els senyals rellevants es troben associats directament amb processos d’endocitosi. Cal pensar, doncs, en la participació de la funció fagocítica de la micròglia. L’anàlisi bioinformàtica assenyala una interacció entre l’endocitosi i la regulació del procés de catabòlic de la proteïna precursora de l’amiloide (APP).

La priorització de gens

Bellenguez et al. apliquen una metodologia de priorització per identificar els gens responsables de l’associació d’aquests 42 loci amb la malaltia d’Alzheimer. Tenen en compte quins gens podrien ser-hi afectats en termes d’epigenètica (metilació i acetilació d’histones), expressió gènica, splicing, expressió proteica. Utilitzen catàlegs sobre les regions cerebrals, teixits i tipus cel·lulars rellevants per a la malaltia d’Alzheimer.

Per a cadascun dels 42 loci es considera una regió gènica de 2 Mb (1 Mb amunt i 1 Mb avall). La priorització resultant identifica 55 gens, dels quals hi ha 31 que tindrien alta probabilitat d’ésser la causa de l’associació. D’aquests 31 gens, n’hi ha 25 que serien els únics gens prioritzats per al locus corresponent. En 5 loci (L10, L12, L13, L14 i L32) no es troben gens prioritzats.

El loci L18 inclou com a variant rs76928645. Aquest polimorfisme es troba en una regió intergènica, situada a més de 100 kb dels dos gens codificadors de proteïnes més propers, SEC61G i EGFR. L’anàlisi de priorització indicaria que l’EGFR seria l’únic gen de risc. La variant rs76928645 tindria un rol regulador sobre l’expressió d’EGFR.

El loci L23 sembla vinculat al gen TSPAN14. En aquest cas la variant actuaria a través d’un splicing alternatiu.

Les interaccions proteiques implicades

Bellenguez et al. utilitzen STRING v11 per analitzar les interaccions proteïna-proteïna dels productes gènics seleccionats. En termes d’interactoma, les proteïnes seleccionades semblen molt més vinculades que no pas hom esperaria si haguessin estat seleccionades a l’atzar. En particular són rellevants les interaccions vinculades al sistema immune, com és ara la regulació de la via de senyalització del TNFα. També hi ha una interacció vinculada al complex d’ensamblatge de la cadena d’ubiqüitina lineal (LUBAC), amb participació de SHARPIN i RBCK1. La LUBAC, alhora, és un dels principals reguladors de la via de senyalització del TNFα. La funció de LUBAC és regulada per l’OTULIN.

La puntuació de risc genètic (GRS)

A partir de les 83 variants trobades, bo i excloent-hi l’APOE, Bellenguez et al. elaboren una escala de risc genètic (GRS). La GRS s’associa efectivament amb la malaltia d’Alzheimer, així com amb la progressió des de les formes lleus fins a la demència.

Aquesta GRS integra variants de 75 loci independents. Un d’aquests loci seria vinculat a ADAM17, el gen d’una alfa-secretasa que participaria en la via no-amiloidogènica del metabolisme de l’APP. També modularien el metabolisme de l’APP els productes gènics d’ICA1L, DGKQ, ICA1, DOC2A, WDR81 i LIME1. Bona part dels gens seleccionats (RHOH, BLNK, SIGLEC11, LILRB2 i RASGE1FC) són expressats principalment per la micròglia. En resum, els gens seleccionats reforcen la idea del rol dels autofagosomes i dels inflamosomes en la fisiopatologia de l’Alzheimer. Alguns dels processos subjacents no són exclusius de l’Azheimer sinó compartits amb altres malalties neurodegeneratives.

Lligams:

- New insights into the genetic etiology of Alzheimer’s disease and related dementias. Céline Bellenguez, Fahri Küçükali, Iris E. Jansen, Luca Kleineidam, Sonia Moreno-Grau, Najaf Amin, Adam C. Naj, Rafael Campos-Martin, Benjamin Grenier-Boley, Victor Andrade, Peter A. Holmans, Anne Boland, Vincent Damotte, Sven J. van der Lee, Marcos R. Costa, Teemu Kuulasmaa, Qiong Yang, Itziar de Rojas, Joshua C. Bis, Amber Yaqub, Ivana Prokic, Julien Chapuis, Shahzad Ahmad, Vilmantas Giedraitis, Dag Aarsland, Pablo Garcia-Gonzalez, Carla Abdelnour, Emilio Alarcón-Martín, Daniel Alcolea, Montserrat Alegret, Ignacio Alvarez, Victoria Álvarez, Nicola J. Armstrong, Anthoula Tsolaki, Carmen Antúnez, Ildebrando Appollonio, Marina Arcaro, Silvana Archetti, Alfonso Arias Pastor, Beatrice Arosio, Lavinia Athanasiu, Henri Bailly, Nerisa Banaj, Miquel Baquero, Sandra Barral, Alexa Beiser, Ana Belén Pastor, Jennifer E. Below, Penelope Benchek, Luisa Benussi, Claudine Berr, Céline Besse, Valentina Bessi, Giuliano Binetti, Alessandra Bizarro, Rafael Blesa, Mercè Boada, Eric Boerwinkle, Barbara Borroni, Silvia Boschi, Paola Bossù, Geir Bråthen, Jan Bressler, Catherine Bresner, Henry Brodaty, Keeley J. Brookes, Luis Ignacio Brusco, Dolores Buiza-Rueda, Katharina Bûrger, Vanessa Burholt, William S. Bush, Miguel Calero, Laura B. Cantwell, Geneviève Chene, Jaeyoon Chung, Michael L. Cuccaro, Ángel Carracedo, Roberta Cecchetti, Laura Cervera-Carles, Camille Charbonnier, Hung-Hsin Chen, Caterina Chillotti, Simona Ciccone, Jurgen A. H. R. Claassen, Christopher Clark, Elisa Conti, Anaïs Corma-Gómez, Emanuele Costantini, Carlo Custodero, Delphine Daian, Maria Carolina Dalmasso, Antonio Daniele, Efthimios Dardiotis, Jean-François Dartigues, Peter Paul de Deyn, Katia de Paiva Lopes, Lot D. de Witte, Stéphanie Debette, Jürgen Deckert, Teodoro del Ser, Nicola Denning, Anita DeStefano, Martin Dichgans, Janine Diehl-Schmid, Mónica Diez-Fairen, Paolo Dionigi Rossi, Srdjan Djurovic, Emmanuelle Duron, Emrah Düzel, Carole Dufouil, Gudny Eiriksdottir, Sebastiaan Engelborghs, Valentina Escott-Price, Ana Espinosa, Michael Ewers, Kelley M. Faber, Tagliavini Fabrizio, Sune Fallgaard Nielsen, David W. Fardo, Lucia Farotti, Chiara Fenoglio, Marta Fernández-Fuertes, Raffaele Ferrari, Catarina B. Ferreira, Evelyn Ferri, Bertrand Fin, Peter Fischer, Tormod Fladby, Klaus Fließbach, Bernard Fongang, Myriam Fornage, Juan Fortea, Tatiana M. Foroud, Silvia Fostinelli, Nick C. Fox, Emlio Franco-Macías, María J. Bullido, Ana Frank-García, Lutz Froelich, Brian Fulton-Howard, Daniela Galimberti, Jose Maria García-Alberca, Pablo García-González, Sebastian Garcia-Madrona, Guillermo Garcia-Ribas, Roberta Ghidoni, Ina Giegling, Giaccone Giorgio, Alison M. Goate, Oliver Goldhardt, Duber Gomez-Fonseca, Antonio González-Pérez, Caroline Graff, Giulia Grande, Emma Green, Timo Grimmer, Edna Grünblatt, Michelle Grunin, Vilmundur Gudnason, Tamar Guetta-Baranes, Annakaisa Haapasalo, Georgios Hadjigeorgiou, Jonathan L. Haines, Kara L. Hamilton-Nelson, Harald Hampel, Olivier Hanon, John Hardy, Annette M. Hartmann, Lucrezia Hausner, Janet Harwood, Stefanie Heilmann-Heimbach, Seppo Helisalmi, Michael T. Heneka, Isabel Hernández, Martin J. Herrmann, Per Hoffmann, Clive Holmes, Henne Holstege, Raquel Huerto Vilas, Marc Hulsman, Jack Humphrey, Geert Jan Biessels, Xueqiu Jian, Charlotte Johansson, Gyungah R. Jun, Yuriko Kastumata, John Kauwe, Patrick G. Kehoe, Lena Kilander, Anne Kinhult Ståhlbom, Miia Kivipelto, Anne Koivisto, Johannes Kornhuber, Mary H. Kosmidis, Walter A. Kukull, Pavel P. Kuksa, Brian W. Kunkle, Amanda B. Kuzma, Carmen Lage, Erika J. Laukka, Lenore Launer, Alessandra Lauria, Chien-Yueh Lee, Jenni Lehtisalo, Ondrej Lerch, Alberto Lleó, William Longstreth Jr, Oscar Lopez, Adolfo Lopez de Munain, Seth Love, Malin Löwemark, Lauren Luckcuck, Kathryn L. Lunetta, Yiyi Ma, Juan Macías, Catherine A. MacLeod, Wolfgang Maier, Francesca Mangialasche, Marco Spallazzi, Marta Marquié, Rachel Marshall, Eden R. Martin, Angel Martín Montes, Carmen Martínez Rodríguez, Carlo Masullo, Richard Mayeux, Simon Mead, Patrizia Mecocci, Miguel Medina, Alun Meggy, Shima Mehrabian, Silvia Mendoza, Manuel Menéndez-González, Pablo Mir, Susanne Moebus, Merel Mol, Laura Molina-Porcel, Laura Montrreal, Laura Morelli, Fermin Moreno, Kevin Morgan, Thomas Mosley, Markus M. Nöthen, Carolina Muchnik, Shubhabrata Mukherjee, Benedetta Nacmias, Tiia Ngandu, Gael Nicolas, Børge G. Nordestgaard, Robert Olaso, Adelina Orellana, Michela Orsini, Gemma Ortega, Alessandro Padovani, Caffarra Paolo, Goran Papenberg, Lucilla Parnetti, Florence Pasquier, Pau Pastor, Gina Peloso, Alba Pérez-Cordón, Jordi Pérez-Tur, Pierre Pericard, Oliver Peters, Yolande A. L. Pijnenburg, Juan A. Pineda, Gerard Piñol-Ripoll, Claudia Pisanu, Thomas Polak, Julius Popp, Danielle Posthuma, Josef Priller, Raquel Puerta, Olivier Quenez, Inés Quintela, Jesper Qvist Thomassen, Alberto Rábano, Innocenzo Rainero, Farid Rajabli, Inez Ramakers, Luis M. Real, Marcel J. T. Reinders, Christiane Reitz, Dolly Reyes-Dumeyer, Perry Ridge, Steffi Riedel-Heller, Peter Riederer, Natalia Roberto, Eloy Rodriguez-Rodriguez, Arvid Rongve, Irene Rosas Allende, Maitée Rosende-Roca, Jose Luis Royo, Elisa Rubino, Dan Rujescu, María Eugenia Sáez, Paraskevi Sakka, Ingvild Saltvedt, Ángela Sanabria, María Bernal Sánchez-Arjona, Florentino Sanchez-Garcia, Pascual Sánchez Juan, Raquel Sánchez-Valle, Sigrid B. Sando, Chloé Sarnowski, Claudia L. Satizabal, Michela Scamosci, Nikolaos Scarmeas, Elio Scarpini, Philip Scheltens, Norbert Scherbaum, Martin Scherer, Matthias Schmid, Anja Schneider, Jonathan M. Schott, Geir Selbæk, Davide Seripa, Manuel Serrano, Jin Sha, Alexey A. Shadrin, Olivia Skrobot, Susan Slifer, Gijsje J. L. Snijders, Hilkka Soininen, Vincenzo Solfrizzi, Alina Solomon, Yeunjoo Song, Sandro Sorbi, Oscar Sotolongo-Grau, Gianfranco Spalletta, Annika Spottke, Alessio Squassina, Eystein Stordal, Juan Pablo Tartan, Lluís Tárraga, Niccolo Tesí, Anbupalam Thalamuthu, Tegos Thomas, Giuseppe Tosto, Latchezar Traykov, Lucio Tremolizzo, Anne Tybjærg-Hansen, Andre Uitterlinden, Abbe Ullgren, Ingun Ulstein, Sergi Valero, Otto Valladares, Christine Van Broeckhoven, Jeffery Vance, Badri N. Vardarajan, Aad van der Lugt, Jasper Van Dongen, Jeroen van Rooij, John van Swieten, Rik Vandenberghe, Frans Verhey, Jean-Sébastien Vidal, Jonathan Vogelgsang, Martin Vyhnalek, Michael Wagner, David Wallon, Li-San Wang, Ruiqi Wang, Leonie Weinhold, Jens Wiltfang, Gill Windle, Bob Woods, Mary Yannakoulia, Habil Zare, Yi Zhao, Xiaoling Zhang, Congcong Zhu, Miren Zulaica, EADB, GR@ACE, DEGESCO, EADI, GERAD, Demgene, FinnGen, ADGC, CHARGE, Lindsay A. Farrer, Bruce M. Psaty, Mohsen Ghanbari, Towfique Raj, Perminder Sachdev, Karen Mather, Frank Jessen, M. Arfan Ikram, Alexandre de Mendonça, Jakub Hort, Magda Tsolaki, Margaret A. Pericak-Vance, Philippe Amouyel, Julie Williams, Ruth Frikke-Schmidt, Jordi Clarimon, Jean-François Deleuze, Giacomina Rossi, Sudha Seshadri, Ole A. Andreassen, Martin Ingelsson, Mikko Hiltunen, Kristel Sleegers, Gerard D. Schellenberg, Cornelia M. van Duijn, Rebecca Sims, Wiesje M. van der Flier, Agustín Ruiz, Alfredo Ramirez & Jean-Charles Lambert. Nature Genetics (2022).

- Els nivells plasmàtics i cerebrospinals de GFAP com a marcador d’Alzheimer (octubre del 2021).

Reduir les emissions de gasos d'efecte hivernacle a la meitat en vuit anys per mitigar el canvi climàtic

Canvi climàtic: Avui s'ha presentat a Ginebra el report del Grup de Treball III que s'integrarà en el Sisè Report de Valoració del Panell Internacional sobre Canvi Climàtic.

Mitigar el canvi climàtic

En la passada dècada les emissions anuals mitjanes globals de gasos d'efecte hivernacle assoliren els nivells més alts de la història humana. De tota manera, les dades indiquen que la taxa de creixement d'aquestes emissions s'ha reduït. És a dir, que es manté la tendència d'augment, però no la derivada d'aquest augment. Aquesta frenada no és pas suficient per tal d'assolir l'objectiu de mitigar l'escalfament global a 1,5 K. Si la tendència continua res no podrà evitar que se superi aquesta xifra. Per evitar-ho caldrien reduccions immediates i profundes en tots els sectors.

Una dada positiva, que destaca el report del Grup de Treball sobre Mitigació, és el fet que en la darrera dècada hi hagi hagut una disminució sostinguda (fins al 85%) dels costos de l'energia solar i eòlica, així com de les bateries que permetrien emmagatzemar aquestes energies renovables. Aquesta reducció de costos explica l'acceleració en el desplegament d'energies renovables.

Un altre aspecte positiu és el guany en eficiència energètica que ha resultat de mesures legislatives i executives. En l'àmbit regulador també hi ha hagut avenços en forma de reducció de les taxes de deforestació.

La transició energètica

La transició energètica és essencial per tal de mitigar l'escalfament global. Aquesta transició implica una reducció substancial de l'ús de combustibles fòssils com a font d'energia, una generalització de l'electrificació, millores en eficiència energètica i la promoció de combustibles alternatius (gas hidrogen, etc.).

El Report calcula que la combinació de polítiques i d'investiments en infrastructures i tecnologies amb canvis en estils de vida i comportaments podria conduir a una reducció del 40-70% d'emissions de gasos d'efecte hivernacle en el 2050.

Ciutats i edificis

El capítol 8 del Report es dedica als sistemes urbans i altres assentaments. En l'entorn urbà la reducció del consum d'energia passa per unes ciutats més compactes, on la majoria de desplaçament es puguin fer a peu. Cal també fomentar una major electrificació del transport, en el benentès que la font energètica d'aquesta electricitat fos baixa en emissions de gasos d'efecte hivernacle. En un altre sentit el foment de zones verdes estimula la captació i emmagatzematge de carboni.

El capítol 9, dedicat als edificis, presenta exemples en tots els climes d'edificacions amb una petjada zero en termes d'energia i de carboni.

Indústria

El sector industrial és responsable d'un 25% de les emissions globals de gasos d'efecte hivernacle. Aconseguir una petjada nul·la de carboni exigirà nous processos de producció, combinats amb mesures de compensació en forma de captura i emmagatzematge de carboni. Guanyar en eficiència en l'ús de materials, en la reutilització i reciclatge de productes i en la minimització de residus facilitaria uns objectius que, a primera vista, semblen inassumibles.

Els escenaris d'un futur que ja és present

L'objectiu de mitigar el canvi climàtic de manera que l'escalfament no depassi una temperatura de 1,5 K passa per aconseguir que el 2025 siguin l'any del pic de les emissions antropogèniques de gasos d'efecte hivernacle. Alhora caldria que en el 2030 el valor de les emissions s'hagués reduït en un 43% respecte del pic. Hom és conscient que la reducció de les emissions de CO₂ aniran per davant de les de metà (CH₄), però fins i tot en aquest darrer cas caldria una reducció del 30% abans del 2030.

Fins i tot en aquest escenari, l'escalfament global segurament depassarà la xifra d'1,5 K, però s'aconseguiria una reversió (un refredament climàtic) abans del final de segle per sota d'aquest valor. En aquest escenari, els anys 2050 serien els més càlids de tot el procés.

En un escenari menys favorable, però amb reduccions del 25% de les emissions entre el 2025 i el 2030, la dècada del pic tèrmic es produiria a principis dels anys 2070, quan la temperatura global mitjana es trobaria a 2 K per damunt dels valors pre-industrials.

Els recursos hi són

El capítol 15 del report estima que els actuals fluxos financers són 3-6 vegades inferiors als necessaris per tal d'assolir l'objectiu de reduir les emissions de gasos d'efecte hivernacle en un 25% entre el 2025 i el 2030. Per bé que aquesta dada és desencoratjadora, el report calcula que hi ha prou capital i liquiditat globals per cobrir la diferència.

Lligams:

- Climate Change 2022: Mitigation of Climate Change.

La desregulació epigenètica en la immunodeficiència variable comuna

Epigenòmica: La immunodeficiència variable comuna (CVID) és la immunodeficiència primària simptomàtica més prevalent en les poblacions humanes. La base cel·lular és una deficiència en la diferenciació terminal dels limfòcits B i, com a conseqüència d’això apareix la base molecular, que són respostes defectives en la formació d’anticossos. És una malaltia hereditària, però els al·lels causants tenen una penetrància genètica incompleta, en el sentit que no sempre condueixen a la CVID i, quan ho fan, no ho fan amb la mateixa intensitat fenotípica. L’exemple més extrem d’això el trobem en bessons monozigòtics, que comparteixen tot el genoma i, que, malgrat això, són discordants per a la CVID, de manera que un dels bessons és diagnosticat d’aquesta malaltia i l’altre no gens. Així doncs, a més dels factors genètics, hi ha mecanismes patogènics addicionals. Javier Rodriguez-Ubreva i Esteban Ballestar, de l’Institut Josep Carreras de Recerca de la Leucèmia, i Roser Vento-Tormo, del Wellcome Sanger Institute, són els autors corresponsals d’un article, publicat a Nature Communications, sobre aquests mecanismes patogènics addicionals de la CVID. Rodriguez-Ubreva et al. han generat un cens epigenòmic i transcriptòmic de cèl·lules individuals que abasta la diferenciació dels limfòcits B en una parella de bessons monozigòtics discordants per a la CVID. Identifiquen defectes en les cèl·lules B de pacients de CVID en la metilació d’ADN, l’accessibilitat de la cromatina i la transcripció, que serien a la base dels defectes en la comunicació intercel·lular durant el procés d’activació de la cèl·lula B. A banda de l’estudi de bessons, Rodriguez-Ubreva et al. validen aquestes troballes en una cohort de pacients de CVID i de persones sanes. Les dades de l'estudi s’integren a l’Atles de la Cèl·lula Humana, amb la intenció d’ajudar al diagnòstic i tractament de la CVID.

Rodriguez-Ubreva et al. han estudiat l’epigenòmica i transcriptòmica de limfòcits B aïllats d’una parella de bessons discordants per a la immunodeficiència variable comuna, així com d’altres pacients de la malaltia i de controls sans.

La immunodeficiència variable comuna

La immunodeficiència variable comuna (CVID) es caracteritza per uns nivells baixos d’immunoglobulina (gammaglobulina) sèrica, deficiències en la producció d’anticossos i un augment de la susceptibilitat a infeccions bacterianes respiratòries i gastrointestinals. És la immunodeficiència primària més freqüent, però entre la CVID hi ha una notable heterogeneïtat. La majoria, però no tots, tenen una baixa freqüència de limfòcits B de memòria. Els limfòcits B són els responsables de la síntesi d’anticossos, i la subpoblació de memòria és la que explica la capacitat del sistema immunitari humoral de respondre a patògens amb els qui l’organisme ja ha tingut contacte previ. Malgrat que la CVID és essencialment una immunodeficiència humoral (és a dir, una immunodeficiència anticossos), també pot haver-hi afectació de la immunodeficiència cel·lular (la mitjançada per limfòcits citotòxics i altres tipus cel·lulars).

Habitualment, la CVID es presenta de manera esporàdica, és a dir en pacients que no tenen cap historial familiar d’immunodeficiència. Vora un 10% dels pacients de CVID, però, tenen parents de primer grau que són hipogammaglobulinèmics o que presenten deficiència en la IgA (les immunoglobulines de mucoses).

En les darreres dècades, el coneixement de la genètica de la CVID ha aprofitat les noves tècniques de seqüenciació. Així s’ha identificat tota una sèrie de gens implicats directament en la CVID. No obstant, tan sols en un 20% dels pacients de CVID és possible assenyalar una causa monogènica concreta. Alhora, els al·lels de CVID no solen presentar una penetrància completa, és a dir que la seva presència no evoca CVID en tots els portadors.

Així doncs, en la CVID deuen actuar altres mecanismes més enllà dels monogènics. Una possibilitat és la interacció entre diverses gens (mecanisme poligènic). Una altra és que factors ambientals hi influeixin. A mig camí de les dues apareixen els mecanismes epigenètics, és a dir les modificacions de l’ADN que no n’afecten la seqüència nucleotídica.

Els estudis de bessons poden ajudar a escatir aquests mecanismes. Sovint, quan un bessó monozigòtic és diagnosticat de CVID, el seu germà no presenta cap signe de la malaltia. Els bessons monozigòtics comparteixen la mateixa genètica, però no pas necessàriament l’epigenètica. Així, s’ha trobat en alguna parella discordant alteracions en la metilació d’ADN.

L’epigenòmica suposa anar a un pas més enllà de l’epigenètica clàssica. Si l’epigenètica clàssica investiga una sèrie limitada de llocs CpG que poden ésser metilats o no, l’epigenòmica vol abastar-ne tot el conjunt. A més de la metilació d’ADN, considera també altres canvis epigenètics.

La transcriptòmica consisteix en l’estudi integral de l’ARN missatger d’un organisme, és a dir de com es transcriu el genoma d’ADN a ARN. L’epigenòmica, en general, és un dels determinants de la transcriptòmica.

Mentre que la genòmica pot fer-se, en termes generals, sobre qualsevol teixit, l’epigenòmica i la transcriptòmica són dependents de tipus cel·lular. Així doncs la transcriptòmica i l’epigenòmica sobre cèl·lules aïllades constitueix una eina potent per seguir processos de diferenciació. En la CVID, l’òmica unicel·lular pot oferir una finestra a la diversitat, plasticitat i adaptabilitat de les diferents cèl·lules immunitàries, i particularment de la diferenciació i maduració de les cèl·lules B.

Rodriguez-Ubreva et al. han fet epigenòmica unicel·lular a dos nivells, la metilació d’ADN i l’accessibilitat de la cromatina. La integren, a més, a la transcriptòmica unicel·lular. Ho fan sobre una parella discordant de bessons monozigòtics per a la CVID, i per a una cohort de 10 pacients i 10 donants sans. Les llurs dades indiquen alteracions prevalents i generalitzades en la metilació d’ADN i l’accessibilitat de cromatina en cèl·lules B de memòria, que tenen un impacte la transcriptòmica d’aquestes cèl·lules ulterior a l’activació. Les alteracions epigenètiques i transcripcionals poden ésser a la base d'alteracions en la comunicació intercel·lular.

Les mostres de sang

Rodríguez-Ubreva parteixen de mostres de sang d’una parella de bessons monozigòtics discordant per a CVID que ja ha participat en estudis previs. La validació la fan amb una cohort de 10 pacients de CVID i de 10 donadors sans. El diagnòstic de CVID es fa d’acord amb el criteri de la Societat Europea d’Immunodeficiències (ESID). Les mostres foren recollides al Hospital Universitario Doctor Negrín de Gran Canaria, i al Hospital La Paz de Madrid. Tots els donants reberen informació oral i escrita sobre la possibilitat que la sang donada fos utilitzada amb finalitats de recerca. Abans de la primera extracció, els pacients signaven un formulari de consentiment aprovat pel comitè ètic del centre hospitalari. El protocol per aïllar cèl·lules B de les mostres de sang fou aprovat el 9 de març del 2017 pel comitè ètic de l’Hospital Universitari de Bellvitge.

En primer lloc, de la mostra de sang s’aïllen cèl·lules mononuclears amb un gradient de Ficoll. Les cèl·lules eren tenyides amb anticossos anti-CD19, anti-CD27 i anti-IgD per tal de recuperar subpoblacions de limfòcits B naïve, de memòria inactiva i de memòria activada.

Les cèl·lules mononuclears de sang (PBMCs) eren activades in vitro amb una combinació de CD40L i IL-21 (estimulació B) o bé amb α-CD3/CD28 (estimulació T). Les cèl·lules activades eren tenyides amb anticossos anti-CD19.

De la parella de bessons discordants es realitzà una anàlisi de seqüència genòmica completa. Els resultats no s’han fet públics en les bases de dades d’acord amb les regulacions ètiques.

L’assaig de cercle de deleció l’intró κ, recombinació i excissió (KREC) permet, a partir de l’ADN aïllat d’una cèl·lula B, deduir el seu historial de replicació.

Cèl·lules aïllades eren vehiculades a un tampó de lisi d’un volum de 12 μl. Els lisats cel·lulars eren sotmesos a un conversió amb bisulfit. Hi seguia la purificació de l’ADN, i la seqüenciació. La tècnica de bisulfit permet discriminar el nivell de metilació de llocs CpG individuals. Paral·lelament, la seqüenciació d’ARN ofereix dades transcriptòmiques.

La seqüenciació unicel·lular ATAC permet identificar les regions de cromatina accessibles a transposasa.

Les alteracions en la metilació d’ADN en la CVID que afecten la diferenciació de cèl·lules B de memòria

L’anàlisi genòmica de la parella discordant de bessons per a la CVID no indicava la presència de cap les mutacions patogèniques descrites a la bibliografia. La seqüenciació genòmica amb bisulfit de 200 cèl·lules individuals sí identificava alteracions en la metilació d’ADN associades a la CVID.

És interessant remarcar que, malgrat ésser bessons monozigòtics, en l’anàlisi genòmica Rodríguez-Ubreva et al. hi troben 1400 variants somàtiques. Aquesta xifra és en consonància amb el que troba en bessons monozigòtics. Entre les 1400 variants, hi ha dos SNPs (VCV000332641.2 i VCV000670396.1) i dos insercions/delecions (VCV000801645.1 i VCV000402355.1) que podrien ésser clínicament rellevants. Una d’elles induiria un efecte rellevant en el gen TAS2R31.

Malgrat que els bessons no presenten cap mutació associada prèviament a la CVID, sí que presenten variants genètiques compartides per gens relacionats amb la CVID, com ara CR2, NFKB2, CD19 i TNFRSF13B. Potser ací es trobaria la base genètica del cas concret de CVID que afecta un dels dos bessons.

Les dades metilòmiques indiquen que en el bessó control, els nivells de metilació d’ADN davallen en les cèl·lules B de memòria respecte les cèl·lules B naive. Això va en consonància amb la desmetilació progressiva associada a la diferenciació de cèl·lula B.

En el bessó amb CVID, les cèl·lules B de memòria activada mostren una insuficient desmetilació per tot el genoma. En canvi, els nivells de metilació de les cèl·lules B naïve i les cèl·lules B de memòria inactiva són comparables als del bessó control.

En la transició de la cèl·lula B naïve a la cèl·lula B de memòria inactiva hi ha 1537 regions diferencialment hipometilades, i 628 regions diferencialment hipermetilades. En la CVID, de les 628 regions, n’hi ha 192 que no són hipermetilades.

Si hom contempla la transició de cèl·lules B naïve a cèl·lules B de memòria activada, el bessó amb CVID s’aparta en el 40,7% de les regions hipometilades i en el 26% de les regions hipermetilades. Aquestes alteracions no es deuen a una abundància diferencial de subtipus de cèl·lula B, ja que les proporcions de cèl·lules IgG+ i IgA+ en el compartiment de cèl·lules de memòria són semblants entre els dos bessons.

Així doncs, les alteracions en el metiloma associades a la CVID no apareixen en les cèl·lules B naïve, sinó en el procés de diferenciació cap a cèl·lules B de memòria, i afecten únicament regions genòmiques específiques.

Les cèl·lules B de memòria activada del bessó amb CVID presenten una menor taxa de divisió cel·lular. L’afectació de la metilació es produiria en les cèl·lules B de centres germinals. Les regions genòmiques afectades se situaria principalment en posicions intròniques i intergèniques.

El deteriorament del programa de desmetilació en la diferenciació de cèl·lules B mostra una heterogeneïtat en diferents cèl·lules. En general, totes les cèl·lules analitzades del bessó amb CVID mostren alteracions de metilació però la freqüència d’aquestes alteracions és altament variable.

Les alteracions en la metilació afecten especialment diversos factors de transcripció implicats en la diferenciació i funcionalitat de la cèl·lula B com són BATF, JUNB, FosI2, Fra2, p65, p50, etc.

Modificacions en l’accessibilitat a cromatina i en la transcripció

Les diferències entre els dos bessons pel que fa a l’accessibilitat de la cromatina es concentren en les cèl·lules B de memòria activada. De nou, aquests canvis comporten que en el bessó amb CVID s’hi vegin afectats factors de transcripció.

De tota manera, els perfils de transcripció entre els dos bessons són semblants tant en les cèl·lules B naïve com les cèl·lules B de memòria. En les cèl·lules B naïve, però, poden identificar 870 gens sobreexpressats i 11 gens infraexpressats en el bessó amb CVID. Aquesta xifra puja respectivament a 5116 gens sobreexpressats i 179 infraexpressats en cèl·lules B de memòria activada. Entre els gens sobreexpressats hi ha FCGR2B, CD72, PTPRC, CD79A, CD22, i CCR6, mentre que entre els gens infraexpressats hi ha CCL22, CD40, ICAM1, CCR7, CCL17, CD80, i CD86.

Canvis en la comunicació intercel·lular

Les alteracions en les cèl·lules B del bessó amb CVID s’associen amb alteracions en altres tipus de cèl·lules immunitàries (NK, T, etc.). Això s’explicaria per canvis en la comunicació intercel·lular, tant la vehiculada per contacte directe com la vehiculada per citocines.

Canvis epigenètics, transcripcionals i de comunicació intercel·lular en una cohort de CVID

L’anàlisi de 10 pacients diferents de CVID que abasten els tres subtipus de la malaltia (Ia, Ib i II) permeten veure quins dels canvis epigenètiques, transcripcionals i intercel·lulars detectats en el bessó amb CVID són generalitzables. La insuficient hipometilació és comuna a tots els pacients, però és especialment accentuada en el tipus Ib (al qual pertany el bessó de l’estudi). També és comuna la deficient taxa de proliferació entre les cèl·lules B.

Rodríguez-Ubreva et al. posen les bases per a la identificació d’una episignatura diagnòstica de la CVID. Entre els factors de transcripció més comunament afectats en les cèl·lules B de pacients de CVID hi hauria Fra1, IRF8 o CTFC. Els canvis transcriptòmics, però, s’evidenciarien especialment arran de l’activació de la cèl·lula B.

La CVID no tan sols tindria un impacte en les cèl·lules B, sinó també en altres tipus cèl·lulars, com els limfòcits reguladors T CD4⁺.

Rodríguez-Ubreva consideren necessaris estudis amb cohorts més àmplies de pacients de CVID. A més dels estudis sobre cèl·lules immunitàries aïllades de mostres de sang, caldria considerar l’estudi de cèl·lules directament procedents d’òrgans limfoides o de moll de l’os. Una altra línia de recerca és l’exposòmica, és a dir la d’entendre quins factors ambientals poden conduir al desenvolupament de la CVID. Bessons monozigòtics són sotmesos a exposicions lleugerament diferents en el desenvolupament prenatal, que s’amplifiquen en la vida post-natal, i que es tradueixen en canvis epigenètics.

Lligams:

- Single-cell Atlas of common variable immunodeficiency shows germinal center-associated epigenetic dysregulation in B-cell responses. Javier Rodríguez-Ubreva, Anna Arutyunyan, Marc Jan Bonder, Lucía Del Pino-Molina, Stephen J. Clark, Carlos de la Calle-Fabregat, Luz Garcia-Alonso, Louis-François Handfield, Laura Ciudad, Eduardo Andrés-León, Felix Krueger, Francesc Català-Moll, Virginia C. Rodríguez-Cortez, Krzysztof Polanski, Lira Mamanova, Stijn van Dongen, Vladimir Yu. Kiselev, María T. Martínez-Saavedra, Holger Heyn, Javier Martín, Klaus Warnatz, Eduardo López-Granados, Carlos Rodríguez-Gallego, Oliver Stegle, Gavin Kelsey, Roser Vento-Tormo & Esteban Ballestar. Nature Communications 13: 1779 (2022).

- Human Cell Atlas.

- European Society for Immunodeficiencies.

El topòleg Dennis Parnell Sullivan, premi Abel 2022

Topologia: Avui l'Acadèmia Noruega de Ciències i Lletres ha anunciat la concessió del Premi Abel 2022 a Dennis Parnell Sullivan "per les seves contribucions pioneres a la topologia en general, i en particular als seus aspectes algebraics, geomètrics i dinàmics".

Dennis Sullivan

Dennis Parnell Sullivan (*Port Huron, Michigan, 12.2.1941) va créixer a Houston (Texas). Ingressà a la Rice University amb la intenció d'estudiar química, però aviat optà per les matemàtiques, graduant-s'hi en el 1963. Seguidament passà a Princeton, on realitzà la tesi doctoral titulada "Triangulating Homotopy equivalences", sota la supervisió de William Browder, que defensà en el 1966. Continuà la recerca en topologia a la Universitat de Warwick (1966-1967), a Berkeley (1967-1969) i al MIT (1969-1973). Després d'una estada a la Universitat de París-Orsay (1973-1974), esdevingué professor de l'Institut d'Hautes Études Scientifiques (IHES).

A l'IHES treballà en una nova comprensió de la teoria d'homotopia racional, aplicant-hi formes diferencials. En el 1981 ocupà la càtedra Albert Einstein de Ciència Matemàtica al Graduate School and University Center of The City University of New York, compaginant-la amb la posició a l'IHES. De la topologia algebraica passà a investigar sistemes dinàmics com el diagrama de bifurcació.

En el 1997, Sullivan deixà l'IHES per esdevindre professor a la State University of New York, a Stony Brook. En aquesta nova etapa fou impulsor de la topologia de cordes (Chas & Sullivan, 1999).

Topologia i sistemes dinàmics

La topologia és la disciplina matemàtica que s'ocupa de les propietats dels objectes geomètriques que es mantenen sota deformacions contínues. Sullivan hi ha fet aportacions en forma de nous conceptes, de demostració de teoremes, de resolució de conjectures i de formulació de nous problemes. Per fer-ho ha recorregut a idees algebraiques, analítiques i geomètriques.

En el seu treball doctoral, Sullivan tractà la classificació de varietats a partir de les aportacions de William Browder (el seu supervisor) i de Sergei Novikov. Ho va fer des d'una perspectiva de topologia algebraica, amb conceptes com la localització d'un espai en un nombre primer, i l'acompletament d'un espai en un nombre primer.

Dennis Sullivan desenvolupà una descripció algebraica completa del que resta en l'espai quan són ignorats tots els nombres primers amb la teoria d'homotopia racional. El seu model es basava en formes diferencials.

En la comprensió de varietats llises, Sullivan aportà una prova de la conjectura d'Adams sobre la imatge de l'homeomorfisme-J. La conjectura de Sullivan sobre els mapes de classificació d'espais fou demostrada per Haynes Miller (1984).

Sullivan demostrà que l'estructura topològica d'una varietat de cinc o més dimensions sempre es pot promoure a una estructura Lipschitz.

En el camp de la dinàmica, Sullivan demostrà que els mapes racionals no tenen dominis migradors.

Dennis Sullivan sobre la topologia de cordes i les varietats de tres dimensions

Lligams:

- Comunicat de l'Acadèmia Noruega de Ciències i Lletres.

- On the Hauptvermutung for manifolds. D. Sullivan. Bulletin of the American Mathematical Society (1967).

- Real homotopy theory of Kähler manifolds. Pierre Deligne, Phillip Griffiths, John Morgan, Dennis Sullivan. Inventiones mathematicae 29: 245-274 (1975).

- Quasiconformal Homeomorphisms and Dynamics I. Solution of the Fatou-Julia Problem on Wandering Domains. Dennis Sullivan. Annals of Mathematics 122: 401-418 (1985).

- String Topology. Moira Chas, Dennis Sullivan. (1999).

- Structured vector bundles define differential K-theory. James Simons, Dennis Sullivan. (2008).

Impactes, adaptació i vulnerabilitat: la segona base del Sisè Report de Valoració del Panell Intergovernamental sobre Canvi Climàtic

El passat mes d’agost comentàvem l’aportació del Primer Grup de Treball al procés de l’elaboració el Sisè Report de Valoració (AR6) del Panell Intergovernamental sobre Canvi Climàtic. Ara mateix el focus informatiu es troba en la guerra d’Ucraïna, i en els riscos que implica d’una possible guerra general entre Rússia i l’OTAN, però avui s’ha presentar l’aportació del Segon Grup de Treball, la dedicada als impactes, adaptació i vulnerabilitat. Aquesta aportació valorar els impactes del canvi climàtic a través dels ecosistemes, de la biodiversitat i de les comunitats humanes, tant a escala global com regional. El treball també revisa les vulnerabilitat i les capacitats i límits del món natural i de les societats humanes per adaptar-se al canvi climàtic.

La interdependència de clima, ecosistemes, biodiversitat i societats humanes

El report vol integrar millor els coneixements adquirits per les ciències naturals, ecològiques, socials i econòmiques sobre la interdependència de clima, ecosistemes i biodiversitat amb les societats humanes. Al capdavall, el canvi climàtic fa part d’un canvi global caracteritzat per la pèrdua de biodiversitat, el consum insostenible de recursos naturals, la degradació del sòl i dels ecosistemes, una ràpida urbanització, desplaçaments demogràfics, desigualtats socials i econòmiques o malalties emergents com la covid-19.

És la societat humana la que provoca el canvi climàtic. El canvi climàtic, a través de perills, exposició i vulnerabilitat genera impactes i riscos que poden depassar els límits de l’adaptació i resultar doncs en pèrdues i danys. La societat humana, no obstant, encara és a temps de mitigar el canvi climàtic, si bé els principals esforços semblen adreçar-se a adaptar-s’hi. Per aquesta adaptació, en tot cas, caldrà restaurar i conservar ecosistemes.

En aquest context, el reconeixement dels riscos climàtics pot enfortir les accions d’adaptació i de mitigació. Aquestes accions depenen, però, de factors de governança, finança, coneixement i tecnologia.

Es requereix, doncs, una transició energètica, però també en les interaccions amb els ecosistemes terrestres, oceànics, litorals i d’aigües continentals. Això es manifestarà, doncs, en la infrastructura urbana i rural, en la indústria i en la societat en general. Una transició prou ràpida i efectiva permetrà assolir un nivells d’escalfament global prou baixos com per facilitar-hi l’adaptació. Així doncs, mitigació i adaptació fan part d’un ensems que el report anomena “desenvolupament climàticament resilient”.

Lligams:

- IPCC AR6 WGII Full Report.

Un viròmetre de petit format per detectar SARS-CoV-2 en mostres de saliva

Tal com llegíem ahir en un document del Comitè Català Assessor Covid-19, per fer front als escenaris potencials de la pandèmia és vital disposar d’eines ràpides de detecció de la infecció per SARS-CoV-2 en persones de risc per tal d’aprofitar al màxim els fàrmacs existents que protegeixen contra la progressió a les formes greus de la malaltia. Rubaiya Hussain, que fa la tesi doctoral en optoelectrònica en el grup de recerca que lidera Valerio Pruneri a l’Institut de Ciències Fotòniques (ICFO), de Castelldefels, és la primera autora d’una comunicació a Biomedical Optics Express que presenta un viròmetre de flux de baix format per al SARS-CoV-2. Les proves de diagnòstic del SARS-CoV-2 es basen fonamentalment en la reacció en cadena de polimerasa prèvia retrotranscripció (RT-PCR) o en la reacció antigen-anticòs. Mentre que la darrera és prou ràpida però no prou sensible, la primera és prou sensible però massa lenta i massa costosa. El lector de virometria de flux (FVR) que presenten Hussain et al. es basa en una nova tecnologia optofluïdica, aplicable a mostres de saliva, i que seria prou ràpida i fiable per a la detecció de SARS-CoV-2. L’aparell constat d’un petit xip microfluïda i d’un cap òptic de bomba de làser: la detecció del virus es fa través d’anticossos marcats amb fluorescència. Hussain et al. estimen que la sensibilitat de l’aparell és del 91,2% i l’especificitat del 90%. El temps requerit per assolir un resultat és inferior a la mitja hora. Les dimensions de l’aparell (25 x 30 x 13 cm), que encara poden minimitzar-se, el poder fer viable en punts d’assistència primària.

Rapidesa i sensibilitat

La recerca ha estat encapçalada per Rubaiya Hussain, Alfredo E. Ongaro i Maria L. Rodriguez de la Concepción. Hussain i Ongaro són membres de l’ICFO, i Rodríguez ho és d’Irsi Caixa, de Badalona. També són de l’ICFO Ewelina Wajs i Valerio Pruneri. Són d’Irsi Caixa Eva Riveira-Muñoz, Ester Ballana, Julià Blanco, Marta Massanella, Eulalia Grau, Bonaventura Clotet i Jorge Carrillo. Del Departament de Malalties Infeccioses de l’Hospital Germans Trias i Pujol de Badalona són, a més de Clotet, Anna Chamorro i Lourdes Mateu.

La recerca s’ha finança a través de projectes del programa Severo Ochoa del Ministeri de Ciència, de l’Agència de Gestió d’Ajuts Universitaris i de Recerca, de la Fundación Cellex, del programa Beatriu de Pinós, del programa Marie Skłodowska-Curie i del programa de Centres de Recerca de Catalunya. També s’han utilitzat fons del projecte “YomeCorono” i la Foundation Dormeur finançà l’adquisició d’un sistema de PCR a temps real de QuantStudio-5.

Pruneri declara que és un dels titulars d’una patent de tinció i processament de mostres per a sistemes d’anàlisis automatitzats de partícules.

“Tests! Tests! Tests”, deia Tedros Adhanom Ghebreyesus fa dos anys davant de l’avenç de la infecció per SARS-CoV-2, en la primera onada de covid-19. Els tests permeten identificar els individus infectats i, amb l’adopció de mesures específiques de distanciament, aturar cadenes de contagi. El diagnòstic de la infecció es basa en la detecció de material víric, bé a traves de proves immunològiques de detecció d’antígens bé a través de proves de detecció d’ARN viral. En entorns clínics, la prova preferida al llarg d’aquests dos anys ha estat la RT-PCR (una ronda de retrotranscripció de l’ARN a ADN, i la replicació de l’ADN amb l’ús de primers específics per al SARS-CoV-2) sobre hisops nasofaringis. La RT-PCR és altament específica i sensible, i s’han fet esforços per reduir-ne costos i temps d’assaig, però hi ha obstacles que romanen: 1) cal una extracció prèvia d’ARN; 2) cal un laboratori especialitzat; 3) cal personal altament preparat. En contextos d’alta incidència no hi ha hagut més remei que recórrer a l’alternativa de testos ràpids d’antígens, que també són més barats. De manera semblant, hom ha optat per mostres de saliva o mostres nasals. Però allò que s’estalvia en costos i temps es perd en sensibilitat.

El biosensors òptics, segons Hussain et al., poden combinar una alta sensibilitat amb la facilitat d’ús, rapidesa i possibilitat d’implantar en l’assistència primària i en farmàcies. Utilitzar mostres de saliva facilita la recol·lecció, que pot fer el mateix pacient.

El dispositiu que presenten Hussain et al. es basa en la citometria de flux, una tècnica ja clàssica d'anàlisi cel·lular basada en tecnologia làser. Els citòmetres de flux, no obstant, foren pensats per a la detecció de cèl·lules i no de virus. Alhora, els citòmetres convencionals són voluminosos (50 cm) i costosos (de 30.000 a 300.000 €). El viròmetre de flux de Hussain et al. integra de manera compacte un xip microfluidic, un cap òptic làser i un comptador multipíxel de fotons (MPPC). El sistema detecta proteïnes S de SARS-CoV-2 marcades amb fluorescència, i ha estat validat amb un test cec amb 54 mostres clíniques.

Disseny, calibratge i validació

Les parts optomecàniques del FVR foren adquirides de Thorlabs. El MPPC fou comprat a Hamamatsu Photonics. El xip microfluïdic a Dolomite Microfluidics. La bomba fou adquirida a CETONI GmbH. Per gravar el senyal de MPPC s’utilitza un oscil·loscopi USB de PicoScope. S’utilitzà un codi MATLAB per comptar el nombre de deteccions, fixant un valor llindar de 3,5 mV. Les mostres eren diluïdes en un tampó salí fosfat (PBS).

Un cop muntat, el sistema FVR fou calibrat amb boles de poliestirè fluorescent de 2 μm de mida a una concentració de 250 boles/ml. Aquestes boles (“Dragon Green” de Bangs Laboratories, Inc.) tenen un pic d’emissió de 520 nm quan són excitades a 480 nm. El flux de la solució fou fixat a 1 ml/minut. La posició del xip fou ajustada fins aconseguir que detectés 2 esdeveniments per segon.

Les mostres de saliva de casos confirmats de covid-19 utilitzades (un total de 34) provenien de Can Ruti. Foren recollides en el marc de la segona onada de covi-19 (entre el juliol i l’octubre del 2020). Les mostres control provenien d’un donant no-infectat. El criteri de diagnòstic, en els 35 casos, era una prova de RT-qPCR. L’estudi havia rebut l’aprovació del Comitè corresponent de Can Ruti, en el marc de l’extensió de la cohort KING, i comptà amb el consentiment informat de tots els participants. Les mostres eren inactivades per valor (1 hora a 56 °C), per bé que l’experiment fou igualment conduït en un laboratori amb nivell 2 de bioseguretat.

Les mostres eren diluïdes 1:100 en PBS i filtrades a través d’un sistema Corning de 0,20 μm. Eren immunomarcades amb l’anticòs policlonal Alexa 488-anti-S-SARS-CoV, diluït a una concentració de 100 ng/mL. El fluorocrom Alexa 488 té un pic d’excitació a 490 nm, amb pic d’emissió a 520 nm. Cada 500 μl de saliva filtrada eren exposats a 500 μl d’anticòs diluït. Les mostres eren incubades a temperatura ambient durant 20 minuts, i després se les mesurava per FVR. El temps de lectura era de 160 segons. Totes les mostres foren mesurades per triplicat. El rentat entre mostra i mostra es feia amb cicles de circulació de 2 ml de PBS fins que el senyal de fluorescència tornava a un valor de zero. De mitjana, la neteja s’assolia amb sis d’aquests cicles.

Com a control positiu s’emprava proteïna recombinant S de SARS-CoV-2, adquirida a SinoBiological.

L’optimització de l’assaig

La concentració òptima d’anticossos fou determinada experimentalment a través d’una sèrie de solucions decimals de salives de donants infectats en salives de donants no-infectats (des de 10⁷ còpies genòmiques de SARS-CoV-2/mL fins a 100 còpies/mL) combinada amb quatre concentracions diferents d’anticòs (de 50 ng/ml a 25 μg/ml). Així es determinà que la concentració de 50 ng/ml d’anticossos era la més efectiva.

El temps d’incubació fou també determinat experimentalment. Es provaren cinc punts (de 5 minuts a 50 minuts). El senyal augmentava a partir dels 15 minuts d’incubació i arribava a un plató a 20 minuts.

Experiments següents determinaren el límit de blanc (LOB) i el límit de detecció (LOD), i construïren un corba patró entre el senyal FVR i la càrrega viral. S’investigà la reproductibilitat del senyal FVR en tota el rang lineal. El LOD fou mesurat en 3834 còpies/mL, que és un valor tres ordres de magnitud inferior a la dels tests ràpids d’antígens comercials. El rang analític va de 4000 a 10.000.000 de còpies genòmiques/mL.

Un test cec amb 54 mostres de saliva

El test cec per avaluar l’especificitat i sensibilitat de l’equip es va fer amb 54 mostres congelades de saliva, 34 de persones infectades per SARS-CoV-2 i 20 de persones no-infectades. La càrrega viral d’aquestes mostres fou determinada paral·lelament amb RT-qPCR.

De les 34 mostres positives per RT-qPCR, 31 van donar positiu per FVR. De les 20 mostres negatives per RT-qPCR, 18 van donar negatiu per FVR. Així doncs, 3 mostres positives de 34 van donar un “fals negatiu” i 2 mostres negatives de 20 van donar un “fals positiu”. Això es correspon a una sensibilitat diagnòstica del 91,2% i a una especificat diagnòstica del 90%.

La tècnica de FVR permet una estimació quantitativa de la càrrega viral.

Hussain et al. pensen que l’especificitat de l’assaig es podria millorar amb l’ús d’anticossos monoclonals. En tot cas, consideren que l’FVR és prou ràpid, fiable i barat. Calculen que el seu sistema podria ser capaç de realitzar uns 2000 tests diaris. Aquesta xifra podria augmentar si en la mateixa unitat es fessin diverses reaccions simultànies. El cost de materials per construir l’equip és d’uns 10.000 €, però Hussain et al. pensen que això es reduiria si es passés a una producció a gran escala.

La recol·lecció de mostres es podria fer a través d’un kit d’autocol·lecció, que inclogués un tub amb els reactius i amb un filtre que clarifiqués la saliva. Cada test podria tenir un cost operatiu d’uns 2 €.

N’hi hauria prou amb canviar la solució d’anticossos, perquè el sistema fos capaç de detectar variants específiques de SARS-CoV-2, o d’altres coronavirus estacionals, o d’altres virus. Alhora el sistema també podria adaptar-se per a la detecció d’anticossos en mostres clíniques, cosa que abaratiria els actuals estudis seroepidemiològics o que obriria la porta a fer un diagnòstic del nivell de protecció contra tal o tal virus que té una persona. És clar que cadascuna d’aquestes adaptacions requeriria noves rondes de validació.

Lligams:

- Small form factor flow virometer for SARS-CoV-2. Rubaiya Hussain, Alfredo E. Ongaro, Maria L. Rodriguez de la Concepción, Ewelina Wajs, Eva Riveira-Muñoz, Ester Ballana, Julià Blanco, Ruth Toledo, Anna Chamorro, Marta Massanella, Lourdes Mateu, Eulalia Grau, Bonaventura Clotet, Jorge Carrillo, and Valerio Pruneri. Biomedical Optics Express 13: 1609-1619 (2022).

Una resposta proactiva a futures onades de covid-19

Epidemiologia: L’onada de covid-19 desencadenada per l’emergència de la variant SARS-CoV-2-Òmicron sembla anar de baixa, també a Catalunya, on ha estat la sisena onada de covid-19. Com en les cinc onades precedents no manquen missatges triomfalistes sobre “hem vençut el virus”. No obstant, com en cada “vall”, hi ha signes preocupants, com ara la desacceleració de la caiguda de contagis, per no parlar de les xifres encara ben elevades de mortalitat. Aquesta setmana el Comitè Assessor Covid-19 que treballa en el marc de l’Agència de la Salut Pública de Catalunya ha fet pública una proposta per respondre a futurs escenaris d’aquesta pandèmia. El document arriba quan es compleixen dos anys dels primers casos registrats de covid-19 a Catalunya.

En el 2020, Barcelona aplicà mesures de distància social amb l'ampliació de l'espai per a vianants

Després de la sisena onada de covid-19

El primer que constata el document és la incertesa sobre l’evolució de la pandèmia de covid-19. L’objectiu és adaptar els sistemes de vigilància i de comunicació de risc a les necessitats de reducció del risc de transmissió del SARS-CoV-2 i de la prevenció de les formes greus de covid-19.

La resposta a futurs escenaris de covid-19 hauria d’ésser precoç i proactiva. En particular, noves onades de covid-19 o de variants de SARS-CoV-2 haurien d’ésser respostes d’acord amb l’evidència disponible i l’experiència adquirida en aquests dos anys.

El document assenyala dos col·lectius en els quals s’haurien de focalitzar les mesures de prevenció:
- les persones amb un risc més alt de desenvolupar una forma greu de covid-19 si són infectats per SARS-CoV-2: majors de 65 anys, immunosuprimits, malalts crònics, obesos mòrbids, embarassades.
- els professionals sanitaris en la primera línia de resposta a casos sospitosos de covid-19.

Hi ha elements de risc que cal considerar: l’existència potencial de reservoris animals del virus, la incògnita sobre la durada de la immunitat post-vacunació i post-infecció i la capacitat del virus de donar lloc a noves variants. El nivell actual d’immunitat poblacional a Catalunya s’estima en el 86,6%. Per fer front a l’afebliment progressiu de la immunitat, caldria recórrer a la protecció vaccinal (amb dosis de reforç dels vaccins actuals i a nous vaccins adaptats a noves variants o enfocats a la immunització de mucoses), combinada amb noves infeccions asimptomàtiques o paucisimptomàtiques. En tot cas, aquest nivell d’immunitat poblacional és insuficient per reduir substancialment la transmissió del SARS-CoV-2. Una altra línia de protecció seran fàrmacs anti-covid-19 que limitin la progressió a malaltia greu entre els infectats.

Tres escenaris potencials

El document contempla tres escenaris:
- Escenari A: el SARS-CoV-2 esdevé homologable als quatre coronavirus humans que circulen de forma endèmica. Els autors consideren que és un escenari que podria trigar anys en arribar, si és que arriba.
- Escenari B: la covid-19 continua desencadenant epidèmiques recurrents, amb afectació greu sobre persones vulnerables. En aquest escenari caldrà la vaccinació recurrent dels grups vulnerables, i adoptar mesures preventives no-farmacològiques poblacions en el moment de pic epidèmic.
- Escenari C: aparició d’una nova variant que escapi a la immunitat adquirida. Una variant així, encara que no fos més virulenta, augmentaria el nombre de casos greus. L’onada resultant podria ser igual de greu o més que la del 2020.

D’aquests tres escenaris, els autors consideren més probable el B. Assumeixen que la variant Òmicron (en els llinatges BA1 i BA2) serà la que circularà en les pròximes setmanes o mesos. Fer prediccions a més llarg termini és ben difícil, ja que nous llinatges i noves variants poden alterar-ho tot.

Sistemes de vigilància

El document proposa la integració de les infeccions per SARS-CoV-2 als sistemes de vigilància sentinella de les infeccions respiratòries. El Pla d’informació de les infeccions respiratòries agudes a Catalunya (PIDIRAC) s’hi hauria d’adaptar i enfortir, fent-lo més representatiu sociodemogràficament, estenent-lo a tot l’any (ara només funciona entre les setmanes 40 i 20). També caldria enfortir el sistema de vigilància de l’estació clínica d’atenció primària (eCAP) i el sistema de conjunt mínim bàsic de dades (CMBD) dels hospitals de l’Institut Català de la Salut (ICS).

Un altre element seria el monitoratge microbiològic d’aigües residuals. Aquest sistema ha funcionat força bé en la predicció d’onades de covid-19 (amb una antelació de 7-10 dies).

També caldria establir un sistema centralitzat de genotipatge de SARS-CoV-2, garantint que fos representatiu del territori i dels diferents àmbits del sistema sanitari.

Calculen que amb una intensitat de 1 test ràpid d’antígens periòdic per cada 1.000 habitants, si es fa sobre una mostra aleatòria de la població asimptomàtic, hom pot adquirir una informació extrapolable al conjunt de Catalunya.

Un altre indicador rellevant seria el volum de trucades al 061/112.

Com que el SARS-CoV-2 té un ventall d’hostes que transcendeix a l’espècie humana, caldran també sistemes de vigilància en animals domèstics, peridomèstics i fauna salvatge.

Mesures de prevenció de la transmissió del SARS-CoV-2

L’objectiu ha d’ésser minimitzar l’impacte de la covid-19 greu en termes d’hospitalitzacions i de morts.

Les cinc mesures principals contra la transmissió i la morbilitat serien:
1) optimitzar la ventilació d’espais.
2) promoure la vaccinació contra la covid-19.
- 3) facilitar l’accés a tests diagnòstics gratuïts o a molt baix cost, particularment entre els grups vulnerables.
- 4) facilitar l’accés a fàrmacs anti-covid-19 a les persones amb risc elevat de presentar malaltia greu.
- 5) promoure l’ús de mascaretes (especialment, FFP2) per a grups d’alt risc i per a entorns d’alta concentració de persones.

Enfortir el sistema de salut

El document estableix també una sèrie de línies d’enfortiment de les activitats assistencials del sistema de salut. A banda, demana una comunicació efectiva del risc a la població, educant en la responsabilitat personal i col·lectiva.

Lligams:

- Proposta per respondre proactivament a potencials futurs escenaris de Covid-19 a Catalunya. Arenas Moreno, Àlex; Bosch Navarro, Albert; Fernández Solana, Coral; Güerri-Fernández, Robert; López-Contreras González, Joaquin; Prieto-Alhambra, Daniel; Pujol Rojo, Miquel; Roman Maestre, Begoña; Vilajeliu Balagué, Alba. (23 de febrer del 2022).

Thiomargarita magnifica, un bacteri filamentós d’un centímetre de llarg

La majoria de cèl·lules bacterianes fan 2 μm de longitud (0,002 mm), però n’hi ha d’encara més petites (nanobacteris). És clar que també n’hi ha que fan desenes o centenars de micres, i així cèl·lules de Thiomargarita namibiensis poden arribar a 750 μm (0,75 mm). Tècnicament, un objecte que depassa 0,1 mm ja entra en l’àmbit d’allò visible. Jean-Marie Volland, Tanja Woyke i Shailesh V. Date han liderat una recerca en la que se’ns descriu un bacteri d’un centímetre de llargada, en el qual l’ADN es troba compartimentat en orgànuls membranosos. Volland et al. han utilitzat tècniques de microscòpia de fluorescència, de raigs i X i d’electromicrografia, combinades amb seqüenciació genòmica, per proposar com a candidat a espècie “Thiomargarita magnifica”. La longitud cel·lular mitjana és de 9 mm, la qual cosa depassa els límits teòrics de la mida d’una cèl·lula procariota. “Thiomargarita magnifica” assoleix aquestes dimensions gràcies a una sèrie de trets remarcables: un genoma gran que es troba en un nombre de 500.000 còpies per cèl·lula; un cicle vital dimòrfic que inclou una segregació asimètrica de les còpies genòmiques; una compartimentació del material genòmic i de la transcripció i traducció del genoma en orgànuls vinculats a membrana; etc.

Fins ara hom creia que “Thiomargarita namibiensis” (en la imatge) disposava de les cèl·lules bacterianes més grans, arribant a 0,75 mm. Però Volland et al. descriuen una espècie del mateix gènere que ho supera en més d’un ordre de magnitud.

Els límits de la cèl·lula procariota

Bacteris i arqueons comparteixen una organització cel·lular procariòtica, en la qual no hi ha un nucli cel·lular diferenciat del citoplasma. La manca de compartimentació explica en part que les cèl·lules procariotes tinguin mides d’unes poques micres. No obstant, s’han descrit bacteris gegants en quatre divisions diferents. Val a dir, però, que els bacteris gegants fan desenes o centenars de micres. Per exemple, les cèl·lules bacterianes més grans conegudes fins ara són les del gammaproteobacteri oxidador del sofre Thiomargarita namibiensis, que poden arribar a 750 μm, si bé la vida mitjana és de 180 μm. En qualsevol cas, els bacteris gegants assoleixen mides perfectament comparables a les cèl·lules eucariotes.

Volland et al. descriuen una espècie de Thiomargarita fins ara desconeguda (com la immensa majoria d’espècies bacterianes, val a dir). És un bacteri filamentós sèssil que viu en un ambient marí sulfúric. Les cèl·lules d’aquesta “Thiomargarita magnifica” són 50 vegades més grans que els bacteris gegants més grans coneguts fins ara. També és remarcable la poliploïdia que presenten: cadascuna d’aquestes cèl·lules gegants conté vora mig milió de còpies de l’ADN genòmic. Hi ha un dimorfisme en el seu cicle vital: la cèl·lula gegant projecte cèl·lules filles més petites, que serien responsables de la dispersió. La divisió cel·lular, doncs, es del tot asimètrica, com també ho és el repartiment de l’ADN genòmic.

Cada filament de Th. magnifica és, en realitat, una sola cèl·lula. Aquests filaments fan de mitjana uns 9 mm. El material genètic i els ribosomes es troben en orgànuls membranosos, cosa poc freqüent (per bé que no desconeguda) entre les cèl·lules procariotes.

Volland et al. han seqüenciat i analitzat el genoma de cinc cèl·lules aïllades de Th. magnifica, la qual cosa els ha permès de descriure mecanismes de divisió i elongació cel·lular.

Filaments bacterians monocel·lulars

Th. margarita entra en la categoria de “grans bacteris del sofre”. Entre aquests bacteris es formen filaments molt llargs, que en alguns casos poden fer diversos centímetres. Ara bé, aquests filaments habitualment consisteixen en cadenes de milers de cèl·lules individuals: són cèl·lules gegants, però que no depassen els 200 μm.

Així doncs, d’entrada, quan Volland et al. observaven rams estacionals blancs de Thiomargarita creixent damunt de fulles enfonsades de Rhizophora mangle en manglars de l’illa de Guadeloupe, trobaven una imatge habitual en ambients sulfúrics. Thiomargarita és un gènere de gammaproteobacteris que oxiden sofre, i així hom els troba en entorns rics en metà de les profunditats marines. Ara bé, els filaments dels manglars de Guadalupe eren d’aparença llisa i no presentaven ni epibiota ni una matriu mucosa. Les dimensions dels filaments eren de 9,72 ± 4,25 mm, i acabaven en forma d’una cadena de gemmes. L’observació microscòpica indicava que únicament les constriccions apicals eren cèl·lules individuals: d’una a quatre per filalment, i amb unes dimensions de 0,21 ± 0,05 mm. Els filaments més grans arribaven a 2 cm de longitud, la qual cosa depassava les dimensions conegudes fins ara entre els grans bacteris filamentosos del sofre.

Que els filaments de “T. magnifica” eren cèl·lules individuals ho constataren per tomografia de raigs X i per microscòpia confocal de làser, utilitzant com a contrast de les membranes cèl·lules tetròxid d’osmi o el tint fluorescent FM 1-43x. Pel microscòpia electrònica de transmissió, també constataven que cada secció filamentosa, amb longituds de fins a 850,6 μm, era envoltada per la mateixa membrana cel·lular. Els filaments de “T. magnifica” són doncs monocel·lulars en tota l’extensió (llevat de les gemmes de l’extrem apical), sense que hi hagi septes divisoris.

Com passa en general entre els grans bacteris del sofre, la major part del volum cel·lular és ocupat per una gran vacuola central. En el cas de “T. magnifica” el 73,2 ± 7,5% del volum cel·lular total és ocupat per una única i llarga vacuola. Així doncs, el citoplasma queda restringit a la perifèria de la cèl·lula, amb un gruix de 3,34 ± 1,48 μm, és a dir un valor més típic de cèl·lula procariota.

El microscopi òptic detecta en les cèl·lules grànuls refràctils, que en el microscopi electrònic apareixen com a vesícules electrolucents de 2,40 ± 1,03 μm. L’espectroscòpia dispersiva de raigs X indica que es tracta dels grànuls de sofre.

L’embolcall cel·lular consta d’una membrana citoplasmàtica damunt de la qual hi ha una gruixuda capa externa.

Un nou tipus d’orgànul bacterià membranós

El citoplasma es troba compartimentat en regions denses de 1,31 ± 0,70 mm. És en aquests orgànuls membranosos on es conté el genoma i la maquinària per a la transcripció i traducció. La tinció de les cèl·lules amb DAPI mostra, efectivament, que l’ADN de “T. magnifica” es concentra en grànuls. Al microscopi electrònic, aquests orgànuls s’associen també a estructures electrodenses de 10 a 20 nm, que recorden als grànuls de Palade, és a dir els ribosomes.

Aquests orgànuls membranosos es troben escampats per tota la cèl·lula. Volland et al. proposen denominar-los com a “pepins”, en el sentit que recorden a les petites llavors d’una síndria o d’un kiwi.

Tots els bacteris gegants coneguts són poliploides, és a dir que cada cèl·lula conté un nombre múltiple de còpies genòmiques (de desenes a desenes de milers). En aquest sentit, cada cèl·lula gegant es com si fos una reunió de protocèl·lules. Cada cèl·lula de “T. magnifica” té 36.880 ± 7.956 còpies genòmiques per mil·límetre de filament, de manera que un filament de 2 cm de llarg tindria 737.598 ± 159.115 còpies. Es tracta de l’exemple més extrem de poliploïdia conegut.

Volland et al. han seqüenciat el genoma de cinc filaments individuals procedents d’una mateixa fulla enfonsada de mangle. El genoma total fa entre 11,5 i 12,2 milions de parells de nucleòtids, la qual cosa el situa en la banda més gran de la diversitat de mida de genomes procariòtics. El genoma del filament 4 conté un total de 11.788 gens, dels quals tan sols la meitat presenta dades funcionals en les actuals bases de dades.

El genoma de “T. magnifica” conté un ample ventall de gens per a l’oxidació del sofre i la fixació de carboni. Això fa pensar que és un organisme quimioautotròfic, concretament tioautotròfic: l’energia aconseguida per l’oxidació del sofre és utilitzada per a la síntesi de matèria orgànica nova. Manquen, però, bona part dels gens per a la reducció de nitrats. S’hi detecta un alt nombre de gens del metabolisme secundari, la qual cosa pot explicar la manca d’epibiota per la secreció de toxines. Hi ha una riquesa de gens vinculats a la morfologia cel·lular.

El cicle vital de “T. magnifica”

Volland et al. han observat espècimens vius de “T. magnifica” en el laboratori. Les gemmes apicals dels filaments funcionarien com a cèl·lules de dispersió. Eventualment, aquestes cèl·lules es fixen al substrat i comencen a créixer en forma de filaments.

Del mig milió de genomes presents en un filament, sembla que és una subpoblació la que és vehiculada a les cèl·lules filles apicals. És remarcable que en un organisme unicel·lular hi hagi aquesta diferenciació entre línia somàtica i línia germinal. I és que “T. magnifica” és un organisme unicel·lular, però també un organisme pluripepinar.

Lligams:

- A centimeter-long bacterium with DNA compartmentalized in membrane-bound organelles. Jean-Marie Volland, Silvina Gonzalez-Rizzo, Olivier Gros, Tomáš Tyml, Natalia Ivanova, Frederik Schulz, Danielle Goudeau, Nathalie H Elisabeth, Nandita Nath, Daniel Udwary, Rex R Malmstrom, Chantal Guidi-Rontani, Susanne Bolte-Kluge , Karen M Davies, Maïtena R Jean, Jean-Louis Mansot, Nigel J Mouncey, Esther Angert, Tanja Woyke, Shailesh V Date. (2022)

La descripció d’Abditosaurus kuehneni, un gegant de Tremp de fa 70 milions d’anys

Paleontologia: Bernat Vila i Ginestí (*Sabadell, 25 d’agost del 1980) és el primer autor de l’article publicat ahir a la revista Nature Ecology & Evolution en el que es descriu un sauròpode titanosaure, Abditosaurus kuehneni, a partir d’un espècimen trobat al jaciment d’Orcau-1 per Walter Georg Kühne (*Berlin, 1911-m. Berlin, 1991) en el 1954. Com poden haver transcorregut 68 anys entre la troballa i la descripció? Aquest interval sorprèn més si hom atén a les dimensions dels fragments esquelètics en el context geològic d’Orcau-1, que és el període final del Cretàcic, fa uns 70 milions d’anys. En la campanya del 1954, Kühne trameté a l’Instituto Lucas Mallada (ILM) de Madrid unes 10 peces, consistents en fragments d’ili, parts de l’escàpula, vèrtebres dorsals, galons, una tíbia, parts dels fèmurs i un húmer. La idea era continuar l’excavació de l’espècimen en la campanya següent del 1955, però la manca de fons ho impedí. Hom assumí que es tractaria d’un Hypselosaurus. Entre el 1984 i el 1986 l’espècimen fou explorat de nou in situ, en campanyes dirigides per Josep Vicenç Santafe, de l’Institut de Paleontologia de Sabadell, i se’n recuperaren la placa esternal i més vèrtebres dorsals. Entre el 2012 i el 2014, campanyes realitzades per l’Institut Català de Paleontologia, la Universitat de Saragossa i el Museu de la Conca Dellà recuperaren materials de les extremitats, fragments de dents, costelles i una sèrie articular de vèrtebres dorsals i cervicals. Amb aquestes addicions hom era davant de l’esquelet de titanousaure europeu més complet conegut (per exemple, se’n conserven dotze de les catorze vèrtebres cervicals). Però encara havien de passar uns anys per donar el pas i proposar aquest espècimen com a tipus d’una espècie i d’un gènere nous de titanosaure europeu, del qual cal remarcar les afinitats que presenta amb titanosaures de Gondwana.

Anatomia esquelètica d’“Abditosaurus kuehnei”

Un titanosaure del Cretàcic final europeu

Les darreres comunitats de dinosaures sauròpodes d’Europa visqueren en els últims quinze milions del Cretàcic (fa entre 80 i 65 milions d’anys). Tradicionalment, hom comptava entre aquestes comunitats amb un únic titanosàurid del gènere Hypselosaurus (descrit per Matherton en el 1869). D’una banda, l’evolució dels sauròpodes a l’Europa d’aquest període és marcada per fenòmens de relictuació i insularització, que presagien l’extinció final. De l’altra, però, les comunitats semblen enriquir-se amb l’arribada de tàxons procedents de Gondwana.

A final del Cretàcic, el supercontinent de Gondwana s’havia fragmentat ja en Sud-Amèrica, Àfrica, Madagascar, Índia i Antàrctica-Austràlia. El mar de Tetit encara separava àmpliament Àfrica d’una Europa altrament fragmentada

Abditosaurus kuehnei és descrit com a espècie nova i Abditosaurus com a gènere nou a partir d’un espècimen trobat al jaciment d’Orcau-1, que fa part del Grup de Tremp del Maastrichtià, amb una antiguitat de 70 milions d’anys. El nom d’Abditosaurus, o sigui “saure amagat”, té a veure amb el llarg període transcorregut entre la primera troballa, del 1954, i la descripció que ara se’n fa. L’epítet de “kuehnei” homenatja a aquell primer descobridor, Walter Georg Kühne. Inicialment, fou inclòs dins del gènere Hypselosaurus, que ha estat en els darrers anys matèria de debat. A. kuehnei, segons les anàlisis filogenètiques, és força divergent d’altres titanousares europeus, i queda agrupat dins d’un clade de saltasaurins fins ara únicament descrit a Amèrica del Sud i Àfrica.

Segons Vila et al., l’afinitat d’A. kuehnei amb els saltasaurins de Gondwana lliga amb el fet que al sud d’Europa s’hagin descrit ous de titanosaures amb afinitat morfològica amb els titanosaures de Gondwana.

La mida d’Abditosaurus contrasta amb les dels sauròpodes contemporanis d’Europa, molts dels quals experimentaren un procés de nanisme insultar. Hom pensa, doncs, que Abditosaurus faria part d’un llinatge immigrat des del sud.

La formació maastrichtiana de Tremp es trobava en l’època dins de l’Illa Ibero-Armoricana. El llinatge d’Abditosaurus hi hauria arribat fa 70,6 milions d’anys, a principi del Maastrichtià. Vila et al, pensen que una caiguda del nivell del mar, bé global o regional, hauria reactivat antigues rutes de dispersió entre Àfrica i l’Arxipèlag Europeu.

Lligams:

- A titanosaurian sauropod with Gondwanan affinities in the latest Cretaceous of Europe. Bernat Vila, Albert Sellés, Miguel Moreno-Azanza, Novella L. Razzolini, Alejandro Gil-Delgado, José Ignacio Canudo, Àngel Galobart. Nature Ecology & Evolution (2022).

Detecten als Països Baixos una variant de VIH-1 d’alta virulència

Virologia: En parlar de pandèmia, des de fa gairebé dos anys, hom pensa en primer terme en la infecció pel coronavirus SARS-CoV-2 i en la malaltia coronavírica 2019 (covid-19) que produeix. Al capdavall, en els darrers dos anys, hom calcula que han mort de covid-19 13 milions de persones. No obstant, fins i tot parlant de la covid-19, hom no pot deixar de fer esment d’una altra pandèmia, la de la infecció pel retrovirus de la immunodeficiència humana (VIH, concretament HIV-1 i HIV-2) i de la síndrome d’immunodeficiència adquirida (SIDA) que produeix. En efecte, els pacients immunodeficients per l’acció del VIH es troben en risc de patir infeccions recurrents o cronificades de SARS-CoV-2. A banda d’això, cal recordar que la SIDA ha provocat fins ara la mort de 33 milions d’anys, i cada any es contagien de VIH vora 1,5 milions de persones. La vigilància de variants és crucial en el seguiment de la pandèmia de covid-19, com han demostrat les onades degudes a les variants Alfa, Delta i Òmicron del SARS-CoV-2. També ho és en el cas del seguiment del VIH/SIDA. En aquest sentit, Chris Wymant i Christophe Fraser són els autors principals d’un article publicat aquesta setmana a la revista Science en el que es descriu la descoberta d’una variant altament virulenta del subtipus B del VIH-1 als Països Baixos. Fraser és el líder del Grup de Dinàmica de Patògens del Big Data Institute de la Universitat d’Oxford. La descoberta s’ha fet en el marc de la Cohort Observacional del VIH Athena dels Països Baixos. Wyamnt et al. han trobat que la mitjana de 109 individus amb aquesta variant presentaven quatre vegades més càrrega viral que la mitjana de 6604 individus amb altres variants del subtipus B del VIH-1. Amb aquesta càrrega viral, sense tractament, el comptatge de limfòcits T CD4⁺ (les cèl·lules crucials del sistema immune atacades pel VIH) cauria per sota de 350 cèl·lules/mm³) en qüestió de nou mesos després del diagnòstic. Per sota d’aquest valor, hom es troba en una infecció VIH avançada, amb greus conseqüències clíniques. Aquests 109 pacients no presenten característiques en termes d’edat, sexe, suposat mode de contagi i lloc de naixement que les persones seropositives pel VIH dels Països Baixos, de manera que cal suposar que les característiques clíniques diferencials són degudes a la variant del virus i no a factors de l’hoste. L’anàlisi de seqüència genètica indica que aquesta variant d’alta virulència hauria sorgit en els anys 1990 a través d’una mutació de novo (i no pas d’una recombinació): la mutació hauria propiciat un augment de la transmissibilitat i l’adquisició d’un mecanisme molecular de virulència poc conegut.

Els individus infectats amb la variant B altament virulent del VIH-1 (VB) presenten una clínica diferent a la d’individus afectats amb altres variants B (non-VB).

Big data en l’epidemiologia evolutiva del VIH

Christophe Fraser dirigeix el grup de Dinàmica de Patògens del Big Data Institute i és professor en el Nuffield Department of Medicine. Chris Wymant s’incorporà a aquest grup en el 2014, després d’una trajectòria en la física teòrica de partícules, per treballar en l’epidemiologia evolutiva de virus. Wymant i Fraser conceberen aquesta recerca. En la investigació participaren Wymant, François Blanquart (del grup de Microbiologia Evolutiva Quantitativa de la UFR de médecine Paris Diderot), Daniela Bezemer (de la Fundació de Monitorització del VIH d’Amsterdam), Luca Ferretti (investigador de genètica estatística i dinàmica de patògens del Big Data Institute), Peter Reiss (professor de medicina del Departament de Salut Global de la Universitat d’Amsterdam) i Fraser. Altres investigadors i membres de The Netherlands Athena HIV Observational Cohort (gestionada per la Stichting HIV Monitoring) i de The Beehive Collaboration participaren en la generació i gestió de dades. Fraser aportà el finançament a través de l’ERC Advanced Grant PBDR-339251 i la Li Ka Shing Foundation. La Stiching HIV Monitoring és finançada pel Ministeri de Salut, Benestar i Esport dels Països Baixos.

Pel que fa a conflictes d’interessos, Pia Kivelä és empleada de Kymab, una companyia de Sanofi. Huldrych F. Günthard declara els ajuts que rep de Gilead Sciences i Roche, entre d’altres.

El codi utilitzat en l’anàlisi de dades fou publicat a github el 6 de desembre del 2021. Les dades d’ATHENA són pseudonimitzades abans d’arribar a mans dels investigadors, d’acord amb el consentiment previ signat pels pacients diagnosticats d’infecció per VIH que entren en la cohort. Addicionalment, se’ls demanà un consentiment informat per participar en la seqüenciació de genoma complet del projecte BEEHIVE.

La qüestió de l’emergència de variants víriques més virulentes ha estat objecte de treball teòric. La constitució del llinatge B.1.617.2 de SARS-CoV-2 en la variant Delta, més transmissible i virulenta que les variants anteriors és un dels pocs exemples que ha estat seguit a la pràctica. La selecció natural actua sobre la transmissió del virus més que no pas sobre la virulència, i això ha donat peu a la idea que hi ha una selecció antagonista que condueix a la promoció de nivells intermedis de virulència. Aquesta idea ha trobat suport en l’estudi de variants de VIH.

Wymant et al. creuen que la monitorització continuada de la virulència del VIH és rellevant des del punt de mira de la salut global. El VIH/SIDA és una epidèmia global, amb una prevalença d’infecció de 38 milions de persones, i una mortalitat acumulada de 33 milions, segons les dades d’ONUSIDA.

Els estudis genètics han permès reconstruir la història evolutiva del VIH-1, el principal virus de l’epidèmia de VIH/SIDA. El grup principal o M del VIH-1, responsable de l’abast global d’aquesta epidèmia, aparegué vers l’any 1920 en la zona de l’actual Kinshasha (llavors Léopoldville). Els diferents subtipus del grup M s’haurien diversificat vers el 1960. Dins dels subtipus hom distingeix les formes recombinants de circulació més comuna (CRFs), l’anàlisi de les quals ha permès reconstruir les rutes de dispersió global del VIH-1. Les freqüències de CRFs s’associen fortament a factors geogràfics, ètnics i de forma de transmissió (sexual, parenteral, etc.). Alguns subtipus i CRFs de VIH-1 han estat descrits com a més o menys virulents, però la virulència no depèn únicament de factors virals, sinó també de característiques de l’hoste i de factors epidemiològics. Un exemple de factor vinculat a l’hoste són les variants del co-receptor (CXCR4, CCR5), que forneixen als portadors una major o menor resistència a la infecció per VIH.

La virulència de l’HIV-1 és mesurada habitualment per la càrrega viral (la concentració de partícules víriques en el plasma sanguini) i el comptatge de CD4 (la concentració de cèl·lules T CD4⁺ en sang perifèrica, que són el tipus cel·lular principalment infectat per l’HIV, que utilitza el CD4 com a receptor). El tractament d’elecció de la infecció per VIH/SIDA és una combinació d’antiretrovirals, i es considera reeixit quan se suprimeix la càrrega viral detectable i s’interromp la caiguda en el comptatge de CD4. Malgrat que hom no pot aconseguir d’eliminar el virus en tots els seus reservoris, un tractament reeixit fa que la persona infectada ja no pugui transmetre el virus.

L’aproximació de big data permet fer un tractament de les dades de virulència de manera que es puguin atribuir a característiques heretables de les variants de VIH.

La descoberta d’una variant altament virulenta en el BEEHIVE

En el marc del projecte BEEHIVE s’identificà un grup de 17 individus amb una variant viral distintiva de subtipus B que presentaven una càrrega viral altament elevada d’acord amb la finestra d’infecció. Aquests 17 individus havien resultat seropositius en un test de VIH feia entre 6 i 24 mesos, i en tots els casos havien estat diagnosticats quan la infecció era relativament primerenca).

Les dades de BEEHIVE corresponen a vuit cohorts de pacients de VIH/SIDA de Finlàndia, Suècia, Regne Unit, Països Baixos, Bèlgica, Alemanya, França, Suïssa i Uganda. La proposta d’entrada en el projecte BEEHIVE es fa a persones de les que s’ha pogut caracteritzar bé la data d’infecció i de les que ja es tenen mostres des dels primera fase d’infecció. Els 17 individus esmentats eren 15 participants de la cohort ATHENA dels Països Baixos, 1 de Bèlgica i 1 de Suïssa (Swiss HIV Cohort Study).

La investigació en la cohort ATHENA

Amb aquesta sospita, els investigadors s’adreçaren a la cohort ATHENA. Foren seleccionats 6706 participants infectats amb el subtipus B de HIV-1. D’aquests participants, 521 ja havien estat inclosos en la investigació de BEEHIVE. Dels 6706 participants, 92 presentaven la variant d’interès, de manera que, sumats al 17, ja sortia una base de dades de 109 individus.

La comparació dels 109 individus amb aquesta variant i la resta dels 6706 indicava que els primers tenien una càrrega viral 3,5 vegades superiors als segons. Quan s’ajustava per l’edat en el moment del diagnòstic i pel sexe, aquest efecte persistia. Aquesta diferència en càrrega viral també persistia en el temps. Amb aquestes dades decidiren de designar la variant B virulenta (VB).

La clínica de la variant VB

Wymant et al. cercaren en les bases de dades genotips virals semblants a la variant VB. Tots els resultats similituds inferiors al 95% d’una seqüència representativa de VB. Les dades de la cohort suïssa (SHCS) indicaven però tres individus addicionals que presentaven variants de VIH-1 amb una distància filogenètica a VB inferior al 2,5%. Les dades suïsses són especialment valuoses ja que el 89% de noves infeccions diagnosticades a Suïssa entre el 2009 i el 2018 hi són incloses, i hi ha dades de seqüència viral del 65% dels membres de la cohort. Com que aquests tres individus iniciaren el tractament antiretroviral ben aviat, no hi ha dades comparables de càrrega viral o de comptatge de CD4.

Pel que fa al comptatge de CD4, els individus portadors de VB presentaven uns valors de 73 cèl·lules/mm³ inferiors als d’individus portadors d’altres variants B. La tendència a la caiguda del comptatge era superior, a un ritme de 98 cèl·lules/mm³·any, el doble del valor de portadors d’altres variants B. En aquesta comparació, hom ajustava les dades per sexe i edat en el diagnòstic.

Aquests valors de comptatge de CD4 tenen rellevància clínica. Després d’un diagnòstic primerenc, el tractament s’inicia habitualment de forma immediata, si no quan el comptatge ha baixat a 350 cèl·lules/mm³. Normalment, el marge fins arribar aquest comptatge és de tres anys, però en els portadors de la variant VB es redueix a 9 mesos.

Entre els portadors de la variant B la caiguda en el comptatge de CD4 és superior entre els individus de més de 40 anys d’edat. Això els exposa més ràpidament a caure a valors per sota de 200 cèl·lules/mm³, que comporten un elevat risc de complicacions relacionades amb la SIDA. En els portadors de VB això pot esdevindre’s en 2-3 anys després del diagnòstic, mentre que portadors d’altres variants B triguen entre 6 i 7 anys.

Quan s’ajusten les dades de comptatge de CD4 a la càrrega viral es manté la diferència entre els portadors de la variant VB i els portadors d’altres variants. Això és indicatiu de mecanismes addicionals a la càrrega viral sobre el declivi de cèl·lules CD4.

No obstant, amb el tractament antiretroviral és possible revertir les diferències entre els portadors de la variant VB i els portadors d’altres variants B en el comptatge de CD4. Això fa que els primers no tinguin un risc de mort superior als segons.

Els portadors de la variant VB són, com els portadors d’altres variants B, majoritàriament homes que tenen sexe amb homes (82% vs. 76%). Hom detecta, però, que la variant B es més comuna al sud dels Països Baixos i menys comuna a Amsterdam. El temps entre la infecció i el diagnòstic és semblant en els dos grups (uns 3,6 anys).

La història evolutiva de la variant VB

Com que el projecte BEEHIVE va seqüències de genoma sencer, hom disposa de 17 seqüències genòmiques de la variant VB. En el projecte ATHENA es fa seqüenciació únicament de part del gen de la polimerasa (pol).

La variant VB queda dins del subtipus B de l’HIV-1, que és el majoritari als Països Baixos. Dels 17 genomes analitzats, un utilitzaria CXCR4 com a co-receptor, i els altres probablement CCR5.

De les 109 seqüències pol analitzades de la variant VB, hom troba la mutació M41L en 91. Aquesta mutació confereix resistència a antiretrovirals, però és l’única que es detecta en la variant VB. Val a dir que, clínicament, la mutació M41L té una rellevància limitada, ja que únicament confereix una resistència de baix nivell a la zidovudina.

Dos dels disset genomes de VB analitzats serien el resultat de recombinacions amb altres variants B, de manera que es decidí concentrar-se en els 15 genomes que no mostraven aquesta característica. Les dades genòmiques del Laboratori Nacional de Los Alamos indiquen que la variant VB no seria el resultat de la recombinació sinó de l’acumulació de mutacions en un llinatge.

En comparació a la seqüència consens de les variants B dels Països Baixos, la variant VB presenta 509 canvis nucleotídics que es tradueixen en 250 canvis aminoacídics, a més de diverses insercions i delecions. Hi ha pocs canvis en la regió conservada del gen pol i més en la regió variable del gen env. Dels 250 canvis aminoacídics, 30 han estat descrits anteriorment com associats positivament a l’escapament de la resposta dels limfòcits T citotòxics, per bé que 13 han estat descrits en aquest sentit en associació negativa. La variant VB presenta una arginina en la posició 77 de la proteïna Vpr que podria contribuir a la progressió de la infecció. De tota manera, no es pot assenyalar cap mutació concreta com a responsable de la major virulència de VB.

Les seqüències analitzades de la variant VB es corresponen a infeccions posteriors al 2003. L’ancestre comú més recent seria de 1998. Amsterdam semblaria la localitat més probable d’aquest ancestre, i fins i tot hom ha identificat el pacient 0 en un home infectat en el 1992, i que hauria desenvolupat aquesta variant. La proporció de la variant VB hauria anat en augment fins a arribar un pic en el 2008 per decaure després lentament.

Wymant et al. consideren que la descripció d’aquesta variant és indicativa de la importància de garantir l’accés a tests freqüents del VIH per a individus de risc, i a iniciar el tractament antiretroviral el més aviat possible. Suposar que amb el temps, les variants víriques es fan més transmissibles però menys virulentes és agosarat, i així fan seus dos adagis: “els virus no poden mutar si no poden replicar” i “la millor manera per aturar les mutacions dels virus és aturar els virus”.

Lligams:

- A highly virulent variant of HIV-1 circulating in the Netherlands. Chris Wymant, Daniela Bezemer, François Blanquart, Luca Ferretti, Astrid Gall, Matthew Hall, Tanya Golubchik, Margreet Bakkerswee Hoe Ong, Lele Zhao, David Bonsall, Mariateresa De Cesare, George Macintyre-Cockett, Lucie Abeler-Dörner, Jan Albert, Norbert Bannert, Jacques Fellay, Kate Grabowski, Barbara Gunsenheimer-Bartmeyerhuldrych, F. Günthard, Pia Kivelä, Roger D. Kouyosoliver Laeyendecker, Laurence Meyer, Kholoud Porter, Matti Ristola, Ard Van Sighem, Ben Berkhoutpaul Kellam, Marion Cornelissen, Peter Reisschristophe Fraser, The Netherlands Athena Hiv Observational Cohort And The Beehive Collaboration. Science 375: 6580 (2022).

- AIDS Therapy Evaluation in the Netherlands project (ATHENA).