Images
- Investigadors de l'IRB Barcelona desenvolupen el primer atles unicel·lular de transcriptomes en llevats.
- El mètode, publicat a la revista Nature Comunicacions, permet identificar, mitjançant “codis de barres” a l'RNA, com varien les cèl·lules en diferents estats.
L'heterogeneïtat cel·lular constitueix un fenomen biològic: cèl·lules genèticament idèntiques responen de manera diferent davant dels mateixos estímuls. Aquesta diversitat té implicacions en contextos mèdics rellevants.
L'heterogeneïtat influeix directament en processos essencials com el creixement, la resposta a l'estrès i la supervivència cel·lular. Per exemple, en el càncer, algunes cèl·lules tumorals sobreviuen als tractaments, mentre que d’altres hi sucumbeixen; o, en les infeccions bacterianes, aclareix com sorgeix la resistència als antibiòtics. Tot i que podem observar i quantificar aquestes diferències, els mecanismes moleculars que generen aquesta diversitat romanen, en gran part, desconeguts, la qual cosa representa una important barrera en la biologia moderna.
El desenvolupament de tecnologies d'anàlisi a nivell de cèl·lula única ha revolucionat la nostra capacitat per estudiar aquest fenomen. La seqüenciació de l’ARN de cèl·lules individuals ha permès catalogar la variància dins de poblacions a múltiples nivells. Tot i això, per avançar cap a una comprensió causal, hem desenvolupat un sistema que combina pertorbacions genètiques i ambientals a escala genòmica.
Ara, un equip científic de l'IRB Barcelona, liderat pel Dr. Francesc Posas i la Dra. Laia de Nadal, ha desenvolupat una eina per analitzar de forma massiva la relació entre els gens i el comportament cel·lular, la qual cosa aporta dades essencials sobre com l'heterogeneïtat en l'expressió gènica influeix en processos com la diferenciació i l'envelliment. El treball, publicat a la revista Nature Comunicacions, presenta una biblioteca amb “codis de barres” o “barcodes” d'ARN, dissenyada per rastrejar, en paral·lel, el genotip i el transcriptoma de cada cèl·lula en experiments de seqüenciació massiva.
"Gràcies a aquest desenvolupament, s'ha generat un atles de la transcripció d'una població cel·lular, així com de més de 4.000 mutants, sense precedents que revela l’heterogeneïtat dins d'una població i les conseqüències fenotípiques de la mateixa", explica el Dr. Posas.
Una nova versió de la col·lecció de knockouts en llevats
Per aconseguir-ho, l'equip ha “reconfigurat” la col·lecció clàssica de mutants de llevat (YKOC, per les sigles en anglès), perquè cada mutant quedi identificat de manera única. I així, quan s'analitza l’ARN de la població mitjançant tècniques de seqüenciació, poden saber fàcilment a quin mutant correspon cada cèl·lula. Gràcies a la implementació d'una plataforma de micropouets, la tècnica redueix considerablement els costos i millora l'eficiència respecte dels mètodes tradicionals.
“La principal motivació era descobrir com pot ser que, davant d'un mateix senyal, algunes cèl·lules activin o no activin certs gens. Aquesta variabilitat és difícil estudiar en experiments globals, i necessitàvem eines de cèl·lula única”, comenta la Dra. Mariona Nadal, primera autora de l'estudi.
Els estats de la diversitat cel·lular
L'eina desenvolupada ha permès perfilar més d'un milió de cèl·lules de 3.500 mutants sota condicions de control i estrès. Els resultats revelen que, encara que la majoria dels mutants comparteixen un patró d'estats cel·lulars “nucli” o “core” resistents a pertorbacions, hi ha un 10% que es desvia i “encalla” en estats específics. Aquests estats, relacionats amb funcions com el metabolisme del ferro o la resposta a la hipòxia, poden influir en el comportament cel·lular i la capacitat d’adaptació.
Entre les conclusions més destacades de l'estudi hi ha l'evidència que la diversitat transcripcional, fins i tot en un organisme unicel·lular com el llevat, està organitzada en un continu d'estats cel·lulars. Aquesta troballa podria tenir implicacions importants per comprendre processos en organismes més complexos, com l'envelliment, la resistència a tractaments i la resposta a condicions ambientals adverses.
Article de referència:
A single-cell resolved genotype-phenotype map using genome-wide genetic and environmental perturbations
Mariona Nadal-Ribelles, Carme Solé, Anna Diez-Villanueva, Camille Stephan-Otto Attolini, Yaima Matas, Lars Steinmetz, Eulalia de Nadal, and Francesc Posas
Nature Communications (2025) DOI: 10.1038/s41467-025-57600-4
IRB Barcelona
L’Institut de Recerca Biomèdica (IRB Barcelona) treballa per aconseguir una vida lliure de malalties. Desenvolupa una recerca multidisciplinària d’excel·lència per curar el càncer i altres malalties vinculades a l'envelliment. Treballa establint col·laboracions amb la indústria farmacèutica i els principals hospitals per fer arribar els resultats de la recerca a la societat a través de la transferència de tecnologia, i du a terme diferents iniciatives de divulgació científica per mantenir un diàleg obert amb la ciutadania. L’IRB Barcelona és un centre internacional que acull al voltant de 400 investigadors de més de 30 nacionalitats. Reconegut com a Centre d'Excel·lència Severo Ochoa des de 2011, és un centre CERCA i membre del Barcelona Institute of Science and Technology (BIST).
