El cuerpo humano alberga alrededor de dos billones de células cuya única función es proteger al organismo frente a agresiones externas, como virus y bacterias. Para cumplir con esta tarea, disponen de un recurso altamente eficaz: la adaptación a través de la selección natural. La constante presión ejercida por los patógenos ha impulsado una evolución continua en las células del sistema inmunitario dentro de las poblaciones humanas. Esta adaptación se debe, en gran medida, a los cambios en los genes responsables de la expresión de estas diminutas defensoras.
Ahora, un estudio reciente del Centro Nacional de Análisis Genómico (CNAG), publicado en Nature Communications, ha identificado los tipos de células inmunitarias que han experimentado una mayor evolución desde que los seres humanos se separaron de los chimpancés, hace aproximadamente seis millones de años.
Un equipo de investigadores del CNAG, en colaboración con científicos de la Universidad de Arizona, ha desarrollado el primer atlas de adaptación celular del sistema inmunitario humano. Este trabajo ha permitido identificar los distintos tipos y estados celulares que han sido clave en la defensa del organismo a lo largo de la historia.
La inmunidad adaptativa, responsable de almacenar información sobre patógenos previos y actuar como una segunda línea de defensa, surgió junto con los primeros vertebrados con mandíbulas hace aproximadamente 400 millones de años. Desde entonces, los genes de las células inmunitarias han evolucionado continuamente para hacer frente a las amenazas constantes de virus y bacterias. Solo aquellos genes que han seguido proporcionando una ventaja han perdurado en el tiempo, en un proceso de selección natural que sigue las reglas del darwinismo.
Mapa de adaptación del sistema inmune
El mapa de la adaptación del sistema inmunitario presentado por el CNAG refleja precisamente esta dinámica evolutiva. En él se identifican las familias celulares mejor adaptadas, cuyos genes característicos surgieron junto con la inmunidad adaptativa, pero han experimentado modificaciones recientes que les permiten enfrentarse a amenazas actuales. La capacidad de adaptación de estos genes ha sido un factor determinante en la supervivencia de las poblaciones humanas. Así, el sistema inmunológico es, en gran medida, el resultado de mutaciones genéticas acumuladas a lo largo de millones de años, que en su momento fueron clave para combatir enfermedades como la malaria o la peste negra y, más recientemente, la Covid-19.
Según Holger Heyn, autor senior del estudio y jefe del Grupo de Célula Única en CNAG: “Con un enfoque completamente basado en datos, analizando todos los tipos celulares en todos los tejidos simultáneamente, descubrimos que la mayor adaptación humana ocurre en sitios estratégicos del organismo donde entran los patógenos». «Encontramos que las células inmunitarias residentes en los tejidos barrera son nuestra primera línea de defensa y han sido moldeadas por los desafíos externos durante nuestra evolución como especie», explicó.
«Encontramos que las células inmunitarias residentes en los tejidos barrera son nuestra primera línea de defensa y han sido moldeadas por los desafíos externos durante nuestra evolución como especie»
Holger Heyn, autor senior del estudio y jefe del Grupo de Célula Única en CNAG
Las células inmunitarias mejor adaptadas son la primera línea de defensa
El estudio se ha basado en datos transcriptómicos proporcionados por el proyecto internacional Human Cell Atlas, cuyo objetivo es cartografiar todas las células del cuerpo humano. En el marco de esta iniciativa, los investigadores analizaron la expresión génica en 1,2 millones de células inmunitarias procedentes de distintos órganos, como la médula ósea, el sistema digestivo, el hígado y los pulmones, tanto en el desarrollo prenatal como en individuos adultos.
Gracias a este enfoque, el equipo liderado por Holger Heyn logró identificar los genes más característicos de cada tipo celular. Además, mediante una aproximación basada en genética de poblaciones, combinando información genómica de diversas poblaciones humanas con la de primates evolutivamente cercanos, pudieron trazar la trayectoria adaptativa de estos genes. Esto les permitió elaborar un detallado mapa de la adaptación celular, reflejando dos momentos clave del sistema inmunitario: su fase inicial, cuando comienza a desarrollarse, y una etapa más avanzada, moldeada por la interacción constante con los patógenos.
Este análisis evolutivo del sistema inmunitario humano ha revelado que las tasas más altas de adaptación se encuentran tanto en las células responsables de mantener la homeostasis del organismo como en aquellas que forman la primera línea de defensa. En particular, la mayor presión evolutiva se observa en los tejidos que están en contacto directo con los patógenos, ya que actúan como una barrera natural a través de la cual virus y bacterias pueden ingresar al cuerpo.
Es en estos puntos críticos donde la evolución ha moldeado con mayor intensidad a las células inmunitarias, forzándolas a adaptarse constantemente. Entre ellas destacan las células T de memoria residentes (Trm) y las células NK (Natural Killer), especializadas en la eliminación de infecciones y fundamentales para la protección del organismo frente a amenazas externas.
El papel principal de estas células es proporcionar una respuesta inmunitaria rápida, evitando que los patógenos invasores se diseminen, muten y ataquen nuevamente. Un claro ejemplo de esta elevada capacidad de adaptación en las células inmunitarias de primera línea se encuentra en el pulmón, un órgano clave que actúa como puerta de entrada para numerosos patógenos respiratorios.
De acuerdo con Irepan Salvador-Martínez, primer autor del estudio e investigador en CNAG: “Este estudio nos ha permitido tener una visión retrospectiva de las fuerzas evolutivas que han forjado nuestro sistema inmune, y los resultados cobran una relevancia especial al demostrar que las celulas que han tenido una tasa de adaptación mayor, como son las celulas T residentes (Trm), son ahora reconocidas por su rol inmune ante los patógenos y por tener el potencial de ser explotadas en el diseño de vacunas”.
Además, el estudio ha incorporado un enfoque basado en la filostratigrafía de genes, una técnica que permite clasificar los genes según su origen evolutivo y los periodos de tiempo en los que surgieron. Esta aproximación ha revelado que la mayoría de los tipos celulares presentan un alto enriquecimiento de genes que emergieron durante la aparición de los vertebrados con mandíbulas, hace aproximadamente 400 millones de años.
