Detecten esteroides en fòssils de “Dickinsonia”, un animal ediacarà de fa més de 555 milions d’anys

Paleobioquímica: Clàssicament, s’ha considerat el període Cambrià (fa 541-485 milions d’anys) com l’inici de la fanerobiota, és a dir dels organismes pluricel·lulars macroscòpics. El cert, però, és que ja abans havien aparegut organismes complexos. La biota ediacarana és la més destacada amb organismes complexos del precambrià. Visqué fa 570-541 milions d’anys, i les seves restes han estat identificades en roques sedimentàries de Namíbia, Austràlia, Rússia, Xina, Canadà, Gran Bretanya, etc. Tenim fòssils ediacarans de considerable preservació, però això mateix ha provocat enormes controvèrsies sobre la relació taxonòmica d’alguns dels organismes ediacarans amb els organismes cambrians posteriors. Un exemple d’això és Dickinsonia, un organisme oval amb simetria bilateral. Quina relació té Dickinsonia amb els metazous o amb els metazous bilaterals en concret? Ilya Bobrovskiy et al. han realitzat un estudi, que publica ara la revista Science, del component lipídic de fòssils de Dickinsonia, i hi han trobat esteroids, indici que aquest organisme tenia la capacitat de produir colesterol. La síntesi de colesterol es considera una de les sinapomorfies dels metazous, de forma que caldria considerar Dickinsonia com un membre basal d’aquest grup. Així doncs, Dickinsonia seria l’animal macroscòpic més antic confirmat.

Motllo fòssil de “Dickinsonia costata”, procedent d’Austràlia

Biomarcadors lipídics en fòssils de Dickinsonia

Ilya Bobrovskiy fa la tesi doctoral en biogeoquímica a la Research School of Earth Sciences de la Australian National University, de Canberra. El seu supervisor és Jochen J. Brocks, professor associat de la mateixa escola, i líder del grup de paleobiogeoquímica. Al mateix centre treballa Janet M. Hope.

Andrey Ivantsov és membre de l’Institut Paleontològic Borissiak de l’Acadèmia Russa de Ciència, amb seu a Moscou.

Benjamin J. Nettersheim treballa al Max Planck Institute for Biogeochemistry, amb seu a Jena. D’aquest centre també és Christian Hallmann, que alhora és membre de MARUM, el Centre de Ciències Ambientals Marines de la Universitat de Bremen.

Aquests sis investigadors publiquen a la revista Science una recerca sobre els biomarcadors lipídics de Dickinsonia.

El gènere Dickinsonia fou descrit en el 1946 per Reg Sprigg (1919-1994) a partir espècimens trobats a la quartzita de Rawnsley de Flinders Ranges (Austràlia del Sud). Sprigg anomenà “Dickinsonia” aquest fòssil precambrià en homenatge a Ben Dickinson, llavors Director de Mines d’Austràlia del Sud, organisme pel qual treballava, al capdavall, Sprigg. Amb el temps Dickinsonia esdevindria un dels gèneres emblemàtics de l’anomenada biota o fauna ediacarana o vendiana, considerada un antecedent directe de la imminent radiació cambriana que faria saltar la biosfera del criptozoic al fanerozoic. El gènere Dickinsonia també ha estat trobat en la formació Mogilev, a la conca del Dniester, o a les formacions Lyamtsa, Verkhova, Zimnegory i Yorga en la Regió d’Arkhangelsk, o a la formació Chernokamen dels Urals Centrals. D’acord amb l’antiguitat d’aquests dipòsits, Dickinsonia visqué en un ample radi geogràfic en un rang temporal que va dels 558 a 555 milions d’anys abans del present.

Els fòssils de Dickinsonia són motllos o impressions negatives en roques sedimentàries. Cal pensar que era un organisme bèntic, és a dir un habitants de fonts sorrencs marins. Dickinsonia, com la pràctica totalitat dels macrofòssils ediacarans, tenen un aspecte de gran exotisme, completament diferent a la dels “plans corporals” dels organismes actualment vivents o dels fòssils de tota l’era fanerozoica. Què és Dickinsonia? Uns pensen que és un animal marí, un metazou, un representant d’un dels grups precambrians d’aquest regne biològic que tanta radiació experimentaria uns poques desenes de milions d’anys més tard. Uns altres pensen que és en realitat un organisme unicel·lular gegant. Uns tercers creuen que era el resultat de la simbiosi d’un protofong i d’una protoalga, tal com si fos un protolíquen marí.

La presència d’esteroids indica que Dickinsonia tenia la capacitat de sintetitzar colesteroids

La major part del contingut lipídic dels fòssils de Dickinsonia, d’acord amb els estudis biogeoquímics de Bobrovskiy et al., eren colesteroids. La síntesi de colesteroids és considerada una de les sinapomorfies definitòries dels metazous. Així doncs, segons aquests autors, aclareix finalment la filogènia de Dickinsonia que seria, doncs, un animal basal. D’aquesta manera seria justificat d’incloure’l en la “fauna ediacarana”.

L’anell esteroid

Dickinsonia és, doncs, l’animal macroscòpic confirmat més antic del qual es té notícia, amb una antiguitat de 558 milions d’anys. Alhora, indica que la biota ediacarana fou un preludi de la radiació cambriana de la vida animal.

Lligams:

Ancient steroids establish the Ediacaran fossil Dickinsonia as one of the earliest animals. Ilya Bobrovskiy, Janet M. Hope, Andrey Ivantsov, Benjamin J. Nettersheim, Christian Hallmann, Jochen J. Brocks. Science 361: 1246-1249 (2018).

Chemical clues to the earliest animal fossils. Roger E. Summons & Douglas H. Erwin. Science 361: 1198-1199 (2018)

Publicat dins de 4. L'Animal | Envia un comentari

Muntanyes russes per eliminar càlculs renals i altres recerques guardonades amb els Premis Ig Nobel 2018

Ja ens acostem al mes d’octubre, el mes dels Premi Nobel, o més ben dit el mes la primera setmana de la qual es fa públic el llistat de guardonats de l’any amb els premis en memòria de l’inventor de la dinamita. Des de fa 27 anys, aquesta setmana ve precedida per la cerimònia dels Premis Ig Nobel. Ahir precisament es feren públic i els concediren els 28ens Premis Ig Nobel, en una cerimònia celebrada, com és costum, al Sanders Theatre de Harvard. Muntanyes russes per eliminar càlculs renals, imitacions entre humans i ximpanzés, mosques en el vi, les propietats netejadores de la saliva humana, l’autocolonoscòpia, els manuals d’instruccions desoïts, les calories d’una dieta caníbal, la justícia en el trànsit, la monitorització amb segells de la tumescència penil nocturna i el vudú contra quefes xungos són les recerques “premiades” enguany.

Avaluació de l’efecte de pujar en una muntanya russa sobre el passatge de càlculs renals (Premi Ig Nobel de Medicina, 2018)

El Premi Ig Nobel de Medicina ha estat concedit a Marc Mitchell i David Wartingerper utilitzar pujades a les muntanyes russes per provar d’accelerar el passatge de càlculs renals“. Wartinger recollí el premi ahir a Harvard.

El premi l’han rebut per l’article titulat “Validation of a Functional Pyelocalyceal Renal Model for the Evaluation of Renal Calculi Passage While Riding a Roller Coaster“, publicat l’octubre del 2016 a The Journal of the American Osteopathic Association. Els uròlegs nord-americans Mitchell i Wartinger utilitzen un model renal pielocaliceal en la identificació i avaluació d’activitats capaces de desallotjar càlculs renals del calze renal. Concretament són interessats en avaluar si pujar a la muntanya russa facilita el passatge de càlculs caliceals. El seu model consisteix en simulador d’ureteroscòpia i renoscòpia de la casa Ideal Anatomic, que Mitchell & Wartinger han modificat. El model es construí a partir de la tomografia computeritzada d’un pacient amb càlculs renals, i de fet, Mitchell & Wartinger empren tres càlculs renals de mides diferents procedents d’aquest mateix pacient. Els càlculs renals foren introduïts en el model anatòmic, prèviament omplert d’orina. I el model fou passejat 20 vegades en el Big Thunder Mountain Railroad de Disney World, a Orlando (Florida).

Anatomia del ronyó. Els calzes menors recullen el producte de la filtració de les piràmides renals, i desemboquen en calzes majors que s’uneixen en la pelvis renal.

En total, Mitchell & Wartinger analitzaren 60 càlculs renals. Quan el model anatòmic seia en el primer vagó, la taxa de passatge era de 4 de 24. Quan seia en el vagó final, la taxa de passatge era de 23 de 36. Com més amunt del calze renal era el càlcul, més elevada era la taxa de passatge. Mitchell & Wartinger concloïen que per al passatge de pedres del ronyó era millor seure en el darrer vagó de les muntanyes russes.

La imitació creuada entre els ximpanzés d’un zoo i els humans que el visiten (Premi Ig Nobel d’Antropologia, 2018)

Elainie Madsen (a l’esquerra)

En Premi Ig Nobel d’Antropologia del 2018 ha estat concedit a Tomas Persson, Gabriela-Alina Sauciuc i Elainie Madsen, “per aplegar proves que, en un zoo, els ximpanzés imiten els humans tan sovint, i tan bé, com els humans imiten els ximpanzés“. Persson i Sauciuc recolliren el guardó ahir a Harvard.

El guardó ha estat concedit per l’article “Spontaneous Cross-Species Imitation in Interaction Between Chimpanzees and Zoo Visitors“, publicat el passat mes de gener a la revista Primates. Els tres investigadors de la Universitat de Lund bastiren aquest estudi observacional amb la finalitat de comparar les capacitats d’imitació de dues espècies de primats, humans i ximpanzés. Els subjectes foren cinc ximpanzés del Zoo de Furuvik i visitants humans del zoo que provaven d’interactuar amb els ximpanés o que foren els objectes aparents d’accions dels ximpanzés. Les dades foren recollides amb bolígraf i paper durant 21 dies de l’estiu del 2013, suposant un total de 52 hores d’observacions. S’anotaren 3794 observacions, de les quals 2211 foren accions de visitants i 1579 accions de ximpanzés. De tots els episodis d’interacció bidireccional la taxa d’accions imitatives fou del 37%. De fet, per a totes dues espècies, vora un 10% de les accions registrades eren imitatives. La precisió de la imitació era semblant en totes dues espècies. Els autors concloïen que els ximpanzés tenen la capacitat de fer imitacions espontànies que poden acomplir una funció comunicativa.

La detecció organolèptica d’una mosca en el vi (Premi Ig Nobel de Biologia, 2018)

La mosca del vinagre (“Drosophila melanogaster”)

El Premi Ig Nobel de Biologia ha estat concedit a Paul Becher, Sebastien Lebreton, Erika Wallin, Erik Hedenstrom, Felipe Borrero-Echeverry, Marie Bengtsson, Volker Jorger i Peter Witzgalldemostrar que experts en vins poden identificar fiablement, per l’olor, la presència d’una única mosca en un got de vi“. Becher, Lebreton, Borrero-Echeverry i Witzgall recollien ahir el guardó a Harvard.

L’article recompensat ja té un títol provocatiu, de regust cinematògrafic, “The scent of the fly“, i amb ell aparegué al Journal of Chemical Ecology. El perfum a qui fa referència aquest títol és el (Z)-4-undecenal, un aldehid volàtil que fa de feromona en Drosophila melanogaster. Són les femelles les que produeixen Z4-11Al, a una taxa d’uns pocs nanograms per hora, i amb ella no tan sols s’ajuden per aparellar-se sinó també en altres relacions comunicatives internes a l’espècie. Aquesta substància es pot fabricar per síntesi química i té mal gust per al paladar humà. De fet, l’ésser humà pot arribar a percebre pel gust fins i tot concentracions corresponents a les que sintetitzarien una sola mosca femella del vinagre. Com que la síntesi de Z4-11Al en Drosophila melanogaster és exclusiva de les femelles, això fa que potencialment sigui possible sexar els animals amb ella sola, com a alternativa a la tècnica clàssica d’observació amb una lupa dels genitals externs. Becher et al. utilitzaren un panell de tast, integrat per tastadors de vins, per veure fins a quin llindar serien capaços de detectar Z4-11Al afegit al vi. Amb aquests tastos arribaren a la conclusió que és possible percebre la presència d’1 ng de Z4-11Al sintètic en un got de vi, i que més enllà de 10 ng/got de vi, el mal gust era nítid. “Això”, afirmen Becher et al. “corrobora l’observació que un got de vi es malmet amb la sola caiguda d’una mosca del vinatgre a dins”, cosa que atribueixen a Z4-11Al, i per tant tan sols seria veritat per a les mosques femelles. És clar que això obre un interrogant, com declaren els mateixos autors: quin paper biològic té el Z4-11Al i altres aldehids en humans perquè els detectem i ens disgustin a concentracions tan baixes?

La saliva humana com a agent de neteja en superfícies brutes (Premi Ig Nobel de Química, 2018)

Estructura de l’alfa-amilasa, enzim de la saliva humana que contribueix a l’atac dels midons ja en la pròpia cavitat oral. Alhora, Romão et al. (1990) comprovaren que aquest enzim és el principal responsable de l’acció de neteja de la saliva sobre superfícies brutes.

El Premi Ig Nobel de Química del 2018 ha estat concedit a Paula M. S. Romão, Adília M. Alarcão i César A. N. Viana, per mesurar fins quin punt la saliva humana és un bon agent de neteja per superfícies brutes. La recerca guardonada té més vint-i-cinc anys, i un dels tres autors, Viana, ja no és entre nosaltres. Però les dues autores supervivents feren arribar als organitzadors del “Journal of Improbable Research” un vídeo d’acceptació.

L’article guardonat tenia un títol ben explícit, “Human Saliva as a Cleaning Agent for Dirty Surfaces“, i fou publicat l’agost del 1990 a la revista Studies in Conservation, òrgan de l’International Institute for Conservation of Historic and Artistic Works. L’interès per la saliva era doncs pel fet que el seu ús damunt de superfícies brutes “ha estat una pràctica intuitiva durant moltes generacions“, un costum que s’estenia fins i tot a conservadors de l’Instituto José de Figueiredo de Lisboa. El que feren Romão et al. era explorar la base científica d’aquesta intuició, a través de tests qualitatius i de tècniques cromatogràfiques. Els objectes d’estudi foren cinc escultures daurades i policromades del segle XVIII, sobre les quals aplicaren, en punts diferents, saliva, aiguarràs mineral, iso-octà, toluè i amoni diluït. Alhora la saliva analitzada per cromatografia de bescanvi iònic, de forma que s’obtinguren diferents fraccions enzimàtiques. Amb cromatografia de capa fina, s’assajà la capacitat d’arrossegar lípids de la brutícia per part de saliva i de les seves fraccions. Amb aquests mètodes identificaren l’alfa-amilasa com el principal responsable del poder de neteja de la saliva. Amb aquesta informació, els autors comparaven la saliva humana amb preparacions amilàsiques derivades del pa i de microorganismes.

L’autocolonòscopia per a trobar noves aplicacions d’un colonoscopi pediàtric (Premi Ig Nobel d’Educació Mèdica, 2018)

Akira Horiuchi

El Premi Ig Nobel d’Educació Mèdica del 2018 ha estat concedit a Akira Horiuchipel report mèdic titular ‘Colonoscòpia en posició asseguda: lliçons apreses per l’autocolonoscòpia’“. Hourichi recollia ahir el premi.

El títol en anglès l’article era “Colonoscopy in the sitting position: lessons learned from self-colonoscopy by using a small-caliber, variable-stiffness colonoscope“, i el signaven Akira Horiuchi i Yoshiko Nakayama. L’article fou publicat a la revista Gastrointestinal Endoscopy el gener del 2006. Horiuchi, llavors com ara, era membre del Departament de Gastroenterologia de l’Hospital General Showa Inan, de Komagane, mentre que Nakayama era adscrit al Departament de Pediatria del mateix centre. L’objecte de l’article era un colonoscopi, PCF-P240AI, de la casa Olympus de Tòkio, de petit calibre i de rigidesa variable, pensat per a colonoscòpies en infants (d’ací la participació de Nakayama). El diàmetre extern (10,3 mm), la longitud de treball, el camp de visió i el rang de flexió de la punta eren semblants dels colonoscopis estàndards. Horiuchi es realitzà diverses sessions d’autocolonoscòpia amb el nou aparell. Ho feia assegut, a diferència de la posició supina habitual en les colonoscòpies d’adults. Amb els seus autoexperiments, Horiuchi arribava a la conclusió que aquest colonoscopi pediàtric resultava especialment útil en pacients amb dificultat per fer-hi colonoscòpies convencionals.

El consumidor davant de grossos manuals d’instruccions (Premi Ig Nobel de Literatura, 2018)

Blacker et al. (2014) exposaren als participants de l’estudi a l’ús de tota mena de productes i interfícies i dels manuals respectius: microones, forns, rentavaixelles, cercadors web, sistemes operatius, computadores, controls remots, càmeres digitals, mòbils, equips d’estereo, pantalles tàctils, etc.

El Premi Ig Nobel de Literatura 2018 ha estat concedit a Thea Blacker, Rafael Gomez, Vesna Popovic i M. Helen Thompsonper documentar que la majoria de gent que utilitza productes complicats no llegeix el manual d’instruccions“. Blacker recollia ahir el guardó.

L’article tenia un títol llarg i irònic: “Life Is Too Short to RTFM: How Users Relate to Documentation and Excess Features in Consumer Products“. Fou publicat en-línia el 28 juliol del 2014, i aparegué en el número de gener del 2016 de la revista Interacting with Computes. Possiblement el fet de repassar l’article amb motiu de la concessió de l’Ig Nobel ha fet necessari publicar un “corrigendum” per un parell d’errates. L’acrònim RTFM al qual fan referència Blacker et al., bo i evitant l’f-word és “Read The Field Manual”. El consell RTFM és reiterat als usuaris de productes informàtics, sobre tot quan el producte és prou complex com per exigir una abundosa documentació. Blacker et al. construïren al llarg de 7 anys un conjunt de qüestionaris administrats a 170 persones. Paral·lelament, feren estudis longitudinals durant 6 mesos, amb diaris i entrevistes, a 15 persones. D’aquesta experiència, Blacker et al. trobaren “que els manuals no els llegeix la majoria de la gent i que la majoria no utilitzen totes les prestacions de productes que usen regularment”. Blacker et al. veuen que els homes tendeixen més que no pas les dones a tots dos comportaments (no llegir el manual i no treure’n tot el profit al producte), i que els joves tendeixen a emprar menys els manuals que les persones més grans. Curiosament, les persones de més nivell acadèmic tendeixen a llegir menys els manuals. La complexitat funcional obliga a consultar més els manuals, però això justament comporta, segons l’estudi, experiències emocionals negatives.

L’impacte calòric en la dieta del canibalisme paleolític (Premi Ig Nobel de Nutrició, 2018)

Reconstrucció al Museu d’Atapuerca d’una pràctica de canibalisme registrada al nivell TD6 de la Gran Dolina (vg. Fernández-Jalvo et al., 1999)

El premi Ig Nobel de Nutrició 2018 ha estat concedit a James Coleper calcular que el consum calòric d’una dieta de canibalisme humà és significativament inferior que la ingesta calòrica de la majoria d’altres dietes tradicionals de carn. Cole recollia el premi ahir a Harvard.

L’article guardonat fou publicat l’abril del 2017 a Scientific Reports sota el títol de “Assessing the calorific significance of episodes of human cannibalism in the Palaeolithic“. Cole reconstruïa el valor nutricional humà d’acord amb dades publicades sobre la composició química del cos humà dels anys 1940 i 1950, així com de dades més recents sobre el pes dels músculs de les extremitats. A partir d’aquestes dades, Cole estimava el valor calòric de cada component corporal. Cole també fa un repàs de les dades arqueològiques sobre el canibalisme durant el paleolític que, si bé són escasses, sí assenyalen un valor nutricional a aquesta estratègia, per damunt dels usos purament rituals. Les dades de Cole indiquen que la carn humana tindria un valor nutricional comparable amb la carn d’animals d’un pes corporal semblant al nostre. Ara bé, quan es compara el valor nutricional de la carn humana amb el de les carns d’animals que s’associen a restes paleolítiques, Cole troba que el balanç és desfavorable per a la carn humana. Això fa que Cole pensi que l’antropofàgia entre els hominins no hauria estat motivada purament per raons nutricionals, i que caldria cercar l’explicació en factors socials o culturals. Més que el marc general, resulta interessant aquest article pels càlculs que fa d’episodis de canibalisme concrets que han registrat els paleoantropòlegs, per exemple els corresponents per a l’estatge TD6 de la Gran Dolina.

Cridar i maleir mentre hom condueix (Premi Ig Nobel de la Pau, 2018)

El Premi Ig Nobel de la Pau ha estat concedit a Francisco Alonso, Cristina Esteban, Andrea Serge, Maria-Luisa Ballestar, Jaime Sanmartín, Constanza Calatayud i Beatriz Alamarper mesurar la freqüència, motivació i efectes de cridar i maleir mentre hom condueix un automòbil“. Francisco Alonso recollia ahir el guardó.

El desembre del 2016, Alonso, Esteban, Serge i Ballestas publicaven al Journal of Sociology and Anthropology un article titulat eloqüentment “Shouting and Cursing while Driving: Frequency, Reasons, Perceived Risk and Punishment“. El punt de partida d’aquesta recerca eren els estudis que assenyalaven que els conductors que expressen comportaments més agressius són els que presenten un major risc de patir incidents o accidents de trànsit. Aquesta attitud agressiva s’associa, a més, amb una manca d’educació viària. Alonso et al. volien descriure els factors i percepcions relacionats amb el comportament agressiu d’insultar verbalment o escridassar mentre hom condueix. Amb una mostra inicial de 1.100 enquestes a conductors espanyols majors de 18 anys, i representatius per edat, sexe, regió i mida del municipi de residència, Alonso et al. concloïen que hi havia una alta prevalença d’aquest fenomen. La majoria de les expressions agressives solen ser precedides per factors subjectius com ara l’estrès, la fatiga i trets de personalitat.

Part d’aquest estudi ja havia aparegut en el 2005 editat a Cuadernos de Reflexión Attitudes amb el títol de “La Justicia en el Tráfico: Conocimiento y Valoración de la Población Española”, amb Alonso, Sanmartín, Calatayud, Esteban, Alamar i Ballestar com a autors.

La monitorització amb segell de la tumescència nocturna del penis (Premi Ig Nobel de Medicina Reproductiva, 2018)

El Premi Ig Nobel de Medicina Reproductiva 2018 ha estat concedit a John Barry, Bruce Blank, Michel Boileauper emprar segells postals per comprovar si l’òrgan sexual masculí funciona adequadament“. Els tres autors, gairebé tres dècades després de desenvolupar aquesta tècnica encara en ús, recolliren el guardó ahir a Harvard.

La recerca guardonada aparegué en forma d’article, amb el títol de Nocturnal penile tumescence monitoring with stamps, al número de febrer del 1980 de la revista Urology. En aquest article, els metges esmentats desenvolupaven una tècnica amb segells postals per tal de detectar ereccions nocturnes completes com a forma d’avaluar la impotència. Fonamentalment, es tractava de col·locar una anella de segells postals al voltant del penis, que s’obria en cas d’erecció. En l’assaig realitzat, Barry et al. detectaven correctament ereccions nocturnes completes en 22 homes potents i una absència d’ereccions nocturnes completes en 11 homes impotents. Pels autors, es tractava d’un test simple i útil d’impotència orgànica.

L’ús del vudú contra supervisors abusius (Premi Ig Nobel d’Economia, 2018)

El Premi Ig Nobel d’Economia 2018 ha estat concedit a Lindie Hanyu Liang, Douglas Brown, Huiwen Lian, Samuel Hanig, D. Lance Ferris i Lisa Keepingper investigar si és efectiu per als empleats emprar ninos de vudú per venjar-se de caps abusius“. Liang, Brown, Lian, Ferris i Keeping recollien ahir el guardó.

L’article premiat fou publicat en el número de febrer del 2018 de The Leadership Quarterly amb el títol cridaner “Righting a wrong: Retaliation on a voodoo doll symbolizing an abusive supervisor restores justice“. Els autors adoptaven la perspectiva d’un subordinat que pateix un tractament abusiu o insultant per part d’un supervisor. Si bé d’entrada afirmen que revenjar-s’hi és quelcom disfuncional i que cal desencoratjar, Liang et al. examinen el paper funcional que un intent de revenja pot tindre en termes d’alleujar les conseqüències negatives d’una supervisió insultant en les percepcions de justícia del subordinat. En aquest article Liang et al. presenten dos estudis experimentals. Entre les tècniques que ofereixen als participants hi ha la de clavar agulles a un nino de vudú que representa el supervisor abusiu.

Clavar agulles a un nino que representa un supervisor insultant disminueix la percepció d’injustícia patida pel subordinat. Un trist consol per a qui no cregui en el vudú, no obstant

Publicat dins de 5. La Intel·ligència | Envia un comentari

Una xarxa neural artificial per analitzar FRB 121102: Breakthrough Listen i l’origen dels esclats radioastronòmics ràpids

Radioastronomia: La recerca en intel·ligència estraterrestre ha fet dels radioesclats ràpids (FRB en l’acrònim anglès) un subjecte d’especial interès. El primer FRB fou descobert per Duncan Lorimer & David Narkevic fa més d’una dècada. L’únic FRB recurrent conegut és FRB 121102, i aquesta recurrència el fa encara més interessant. Hom calcula que FRB 121102 es troba en una galàxia situada a 3000 milions d’anys-llum. La iniciativa “Breakthrough Listen” per cercar signes de vida intel·ligent en l’univers estudia FRB 121102 a través de xarxes neurals artificials amb capacitat d’aprenentatge. L’Astronomical Journal ha acceptat un article d’investigadors de Breakthrough Listen en el qual reporten 72 esclats prèviament no-identificats de FRB 121102 amb l’ús d’aquesta estratègia d’aprenentatge mecànic.

Zhang et al. han administrat dades de FRB 121102 procedents del radiotelescopi de Green Bank (West Virginia) a una xarxa neural artificial, que hi ha identificat 72 episodis de fortes emissions de radioones. Les dades corresponen a observacions radioastronòmiques del 26 d’agost del 2017. En aquestes dades, hom ja havia detectat 21 esclats amb l’ús d’un algoritme de dedispersió. Zhang et al. mostren com el seu mètode de detecció amb xarxa neural i verificació per dedispersió és més efectiu que l’algoritme de dedispersió en termes de sensibilitat, de reducció de falsos positius i de velocitat de computació. Comptat i debatut, hom disposa ara de 93 polsos de FRB 121102 en les 5 hores d’observació del 26 d’agost del 2017. La majoria d’aquests polsos (45 de 93) es concentren en els primers 30 minuts. Zhang et al. observen tendències en la fluència de pols, en la taxa de detecció i en l’estructura de freqüència, però no han aconseguit observar cap periodicitat, i de fet la descarten per a períodes superiors a 10 ms.

Breakthrough Listen i FRB 121102

Yunfan Gerry Zhang estudia al Department of Astronomy de la University of California Berkeley, i fa part del Berkeley SETI Research Center, adscrit a aquesta universitat.

Vishal Gajjar és investigador post-doctoral al Berkeley SETI Research Center i al Space Sciences Laboratory de la mateixa universitat. Va fer la tesi doctoral (2015) sobre física d’emissions de pulsars.

Griffin Foster és investigador post-doctoral al Sub-Department of Astrophysics de la Oxford University, i també col·labora amb el Berkeley SETI Research Center i amb Department of Astronomy de Berkeley.

Andrew Siemion és el director del Berkeley SETI Research Center, i cap de la Breakthrough Listen Initiative. És investigador al Departament of Astronomy de Berkeley. És membre també del SETI Institute (amb seu a Mountain View, California). També té lligams amb la Universitat Radboud de Nijmegen, i amb l’Institute of Space Sciences and Astronomy de la Universitat de Malta.

James M. Cordes és professor d’astronomia a la Cornell University.

Casey J. Law és membre de Department of Astronomy de Berkeley.

Yu Wang fa la tesi doctoral al Department of Statistics de la University of California Berkeley. Treballa en estatística aplicada a l’aprenentatge mecànic.

Els FRBs són emissions transitòries de radioones amb una durada de l’ordre de milisegons. Les relacions de dispersió són compatibles amb una propagació a través de plasma fred, i això fa pensar que tenen un origen extragalàctic. De tots els FRBs detectats, tan sols un, FRB 121102 ha mostrat recurrència. Gràcies a aquesta recurrència hom ha pogut localitzar-ho: es trobaria en una galàxia nana amb un desplaçament al vermell de 0,193, corresponent a una distància de 3000 milions d’anys-llum.

De FRB 121102 hom disposa d’observacions del William E. Gordon Telescope (de l’Observatori d’Arecibo) i del Green Bank Telescope (a Virgínia Occidental). Amb elles, hom ha calculat per a la font emissora una rotació alta i variable, situada entre 1,33-1,45·105 rad·m-2, de la qual cosa es dedueix un ambient magneto-iònic elevat.

Les dades del Green Bank Telescope es captaren el 26 d’agost del 2017 a través del receptor de banda-C d’aquest radiotelescopi. Amb l’ús d’algoritmes convencionals, la iniciativa Breakthrough Listen detectà 21 polsos de FRB 121102 corresponents a un període de 5 hores. Ara, amb l’ús de xarxes neurals convolucionals, aquest nombre de polsos s’ha multiplicat.

Les xarxes neurals convolucionals tenen aplicacions en l’aprenentatge profund, com ara en la classificació de senyals, en el reconeixement de patrons, etc. Els investigadors ofereixen a les xarxes neurals dades crues, en aquest cas espectrogrames, i l’aprenentatge profund els permet assolir una major sensibilitat i especificitat, si bé no són capaces d’interpretar les prediccions que elles mateixes fan. Hom pot fornir aquesta interpretabilitat combinant-les amb els algoritmes de dedispersió, és a dir en fer que aquestes cerces de dedispersió verifiquin les identificacions realitzades prèviament per la xarxa neural.

Aquest sistema ha permès a Zhang et al. identificar més de 70 polsos que els havien passat desapercebuts en la primera anàlisi. A la vegada, aquesta tècnica és molt ràpida, capaç de funcionar a 70 vegades el temps real.

Amb aquests 90 polsos registrats en 5 hores, Zhang et al. estudien paràmetres de fluència, de temps d’arribada i d’estructura de freqüència. Però, com recerques anteriors, no hi han trobat signes de periodicitat. De fet, Zhang et al. consideren que, amb 99% de confiança, hom pot descartar tota periodicitat superior a 10 ms en els temps d’arribada.

FRB 121102 en el marc de la Breakthrough Listen Initiative

La iniciativa Breakthrough Listen (BL) fa ús d’observacions telescòpiques de radioones i de llum visible. La majoria dels objectes estudiats són estels propers, però també el pla galàctic de la Via Làctia i galàxies properes. El programa, però, també inclou objectes més exòtics, com ara fonts astronòmiques anòmales per a les quals no hi ha encara una explicació naturalística satisfactòria. En aquesta categoria, BL inclogué els FRBs.

Així doncs, el 26 d’agost del 2017, BL reservà una sessió de 6 hores d’observació amb el receptor de banda-C (4-8 GHz) del Green Bank Telescope. En total s’obtingueren 10 registres de 30 minuts cadascun de FRB 121102. Les dades tenen una resolució temporal de 0,35 ms i una resolució de freqüència de 365 kHz.

Inicialment, sobre aquestes dades, aplicaren algoritmes de dedispersió (HEIMDALL, FDMT, Bonsai, Amber, CDMT) per detectar-hi senyals. En total, hi detectaren 21, però sospitaren que alguns polsos haurien estat descartats indegudament.

Per això optaren per aplicar una tècnica d’aprenentatge mecànic, concretament d’aprenentage supervisat. Aquesta tècnica ensinistra un model a prendre decisions en un sistema etiquetat. Així, la xarxa neural convolucional rep unes entrades, que passen a través de múltiples capes, on es realitzen operacions convolucionals i no-linials. La capa final ofereix com a resultat una probabilitat de decisió. L’ensinistrament consisteix en modificacions del paràmetres dels nuclis convolucionals per fer coincidir les probabilitats calculades per la xarxa amb les esperades.

Zhang et al. submnistren a la xarxa neutral espectrogrames bidimensionals: amb un eix temporal (amb una resolució de 0,350 ms) i un eix de freqüència (de 4 GHz a 8 GHz, amb una resolució de 366 kHz). Els espectrogrames són dividits en 256 mostres temporalment consecutives.

El marc etiquetat d’entrenament consisteix en dues classes de mostres:
– mostres positives, és a dir que contenen, si més no, un pols FRB.
– mostres negatives, és a dir que només contenen soroll o interferències.

El conjunt d’ensinistrament consistí en 400.000 imatges d’espectrogrames, corresponents a 5 hores d’observació sense cap FRB conegut. Les primeres 4,5 hores es destinen a l’ensinistrament de la xarxa, i la darrera mitja hora a un test independent.

La xarxa neural consisteix en cinc capes convolucionals (conv0, conv1, conv2, conv3, conv4), damunt de la qual hi ha una capa d’obtenció de mitjanes (avg-pool) i una de plena connexió (fc). Les capes convolucionals es defineixen per l’altura i amplada dels pesos, i pel nombre de blocs en cada capa.

L’ensinistrament del model TensorFlow en una Nvidia Titan Xp GPU durà 20 hores.

Un retrat de FRB 121102

L’estructura de cada pols es defineix en termes de freqüència i de temps. Hi ha pols amb una única subestructura (p. ex. el pols 2) i d’altres amb diverses subestructures (3 en el cas del pols 1). Alguns dels polsos podrien consistir en subimatges d’un pols anterior. De vegades, resulta difícil distingir 1 pols independent d’un pols múltiples, especialment quan es tracten d’agregats que se succeeixen en uns pocs milisegons.

La conclusió més rellevant de Zhang et al. és la detecció de periodicitat en els polsos per a intervals superiors a 10 ms. Però potser l’aportació més valuosa consisteix en l’aplicació d’un sistema d’intel·ligència artificial en el tractament de dades radioastronòmiques.

Lligams:

Fast Radio Burst 121102 Pulse Detection and Periodicity: A Machine Learning Approach. Yunfan Gerry Zhang, Vishal Gajjar, Griffin Foster, Andrew Siemion, James Cordes, Casey Law, Yu Wang. Astrophysical Journal (2018).

Machine Learning Enables New Detections of FRB 121102, comunicat de premsa de Breakthrough Listen.

Artificial Intelligence Helps Find New Fast Radio Bursts, comunicat de premsa de SETI Institute.

Publicat dins de 1. L'Univers | Envia un comentari

La depleció selectiva de cèl·lules troncals metastàtiques en el tractament de càncer colorectal

Oncologia: Un dels objectius de la recerca oncològica es troba mecanismes que bloquegin la disseminació metastàtica de tumors. A través de la metàstasi, un determinat tipus de motor, originat en un òrgan, pot afectar altres òrgans: en aquesta fase el càncer s’agreuja i es fa molt més difícil de tractar. Un grup d’investigadors que fan part del CIBER de Bioenginyeria, Biomaterials i Nanomedicina (CIBER-BBN), amb seu a Barcelona, presenten a la revista EMBO Molecular Medicine una recerca sobre l’eliminació selectiva de cèl·lules troncals selectives en un model de càncer colorectal en ratolí. En el càncer colorectal, aquestes cèl·lules es caracteritzen per la sobreexpressió de CXCR4, receptor de membrana que n’augmenten les funcions de tràfic i la capacitat iniciadora de metàstasi. Céspedes et al. valoren l’activitat antimetastàtica d’un nanoconjugat (T22-GFP-H6-FdU) que allibera selectivament floxuridina (FdU) en cèl·lules CXCR4+. La floxuridina provoca dany en l’ADN d’aquestes cel·lules, la qual cosa en promou l’apoptosi. La depleció selectiva d’aquestes cel·lules redueix la capacitat de reiniciació tumoral. En aquest sentit, el nanoconjugat es demostra com més efectiu que l’administració d’oligo-FdU lliure, tant en cultius cel·lulars com en models de ratolí de CRC derivats de pacients. A més, el nanoconjugat afavoreix la regressió de metàstasis establertes: i no tan sols ho fa de forma més efectiva que l’oligo-FdU lliure, sinó amb una major selectivitat, en minimitzar la distribució o toxicitat de FdU en els teixits normals.

Céspedes et al. han estudiat en un model de ratolí un mecanisme per a l’eliminació selectiva de cèl·lules troncals metastàtiques de tumors colorectals. L’actuació es fa a través del receptor CXCR4, que caracteritza aquestes cel·lules

El control de la disseminació metastàtica: una necessitat mèdica encara no coberta

En el càncer colorectal (CRC), com en altres tipus de càncer, les metàstasis constitueixen la primera causa de mort. Hom disposa de teràpies adjuvants que limiten les metàstasis i que perllonguen la supervivència: però són tractaments altament tòxics i no completament eficaços. Es fa necessari el desenvolupament d’agents antimetastàtics menys tòxics i més efectius. Per assolir-ho, Céspedes et al. consideren que la recerca preclínica ha de centrar-se més en el control metastàtic que en el tumor primari, emprant models de càncer metastàtic. Aquesta recerca preclínica hauria de conduir a assaigs clínics en pacients sense metàstasi o amb una malaltia metastàtica limitada.

En un tumor, les cèl·lules troncals tumorals són aquelles que tenen capacitats d’autorenovació i diferenciació. Les cèl·lules troncals metastàtiques són aquelles que, a més d’aquestes capacitats, tenen funcions de tràfic. En el CRC s’ha identificat el receptor CXCR4, el qual confereix a les cèl·lules que l’expressen a la membrana una major capacitat de d’iniciació i de disseminació metastàtiques. Clínicament, un tumor CXCR4+ té un pitjor pronòstic.

Un dels objectius de la nanomedicina oncològica és la distribució selectiva de fàrmacs, que alhora que n’augmenta l’eficàcia en redueix la toxicitat. Fa uns anys, aquest grup de recerca produí el nanoconjugat T22-GFP-H6-FdU, a través de la unió covalent d’una nanopartícula proteica que és ligand de CXCR4. D’aquesta manera, el nanconjugat és captat selectivament per cèl·lules CXCR4+. El principi actiu del nanoconjugat és la FdU, floxuridina, un anàleg nucleotídic d’efectes citotòxics que s’utilitza ja actualment en el tractament de metàstasi de CRC en fetge.

Céspedes et al. mostren ara que T22-GFP-H6-FdU presenta una biodistribució selectiva cap a focus tumorals i metastàtics en models de ratolí de CRC (tant de línia cel·lular com de cèl·lules derivades de pacients). Els nanoconjugats són efectivament internalitzats per les cèl·lules CXCR4+ que, per la toxicitat de la FdU, entren en apoptosi.

El desenvolupament de T22-GFP-H6-FdU

El nanoconjugat T22-GFP-H6-FdU és integrat pels components següents:
– T22, que és ligand del receptor CXCR4.
– GFP, proteïna fluorescent verda, marcador que permet monitoritzar la seva distribució.
– H6: cua d’histina.
– oligo-FdU: oligonucleòtid de floxuridina. La conformació oligonucleotídica permet que cada nanoconjugat sigui portador d’una vintena de molècules de FdU.

L’activitat in vitro de T22-GFP-H6-FdU

En cultius cel·lulars de la línia CRC SW1417 es comprovà l’activitat in vitro del conjugat. Aquesta línia tumoral expressa CXCR4 de manera constitutiva en la membrana. Mitjançant la citometria de flux, Céspedes et al. comprovaren que el nanoconjugat era internalitzat per aquestes cèl·lules. El nanoconjugat era alhora més citotòxic que no pas l’administració d’oligo-FdU lliure.

L’activitat de T22-GFP-H6-FdU en models in vivo

El model subcutani de CXCR4+ SW1417 en ratolí s’aconsegueix amb el transplantament subcutani de cèl·lules d’aquesta línia tumoral en ratolí. En aquest model, Céspedes et al. analitzaren l’activitat del conjugat. Comprovaren la seva internalització selectiva. També comprovaren que l’administració d’AMD3100 (antagonista del CXCR4), bloquejava la internalització del nanoconjugat.

L’activitat antitumoral de FdU depèn de la formació de trencaments en la cadena doble de l’ADN (DSBs). Mitjançant γ‐H2AX IHC, Céspedes et al. seguiren el model subcutani de SW1417 en ratolí la formació de focus de DSBs. El nanoconjugat, efectivament, augmentava els focus de DSBs. També seguiren l’activitat caspasa-3 per immunohistoquímica: el nanoconjugat estimulava aquesta activitat, indicadora del procés apoptòtic (de suïcidi cel·lular). Amb la tinció de Hoechst podien seguir els nivells de mort cel·lular per condensació o defragmentació nuclear: el nanoconjugat resultava en aquest sentit també més efectiu que l’oligo-FdU lliure.

L’administració de T22-GFP-H6-FdU en aquest model de ratolí comportava, 48 hores després, una depleció selectiva de cèl·lules CXCR4+. Aquest efecte, però, era transitori, i a les 72 h, la fracció tumoral CXCR4+ ja s’havia recuperat ni que fos parcialment. En aquest sentit, l’oligo-FdU tenia un efecte menor i menys selectiu però més persistent. Céspedes et al. conclouen que un tractament amb nanocojugat hauria de seguir un interval de dosi de 3 dies.

El nanoconjugat en la formació d’esferoides tumorals in vitro

Quan una supensió de cèl·lules CXCR4+ és abocada en plaques de baixa adhesió i amb medi de cultiu, aquestes acaben format esferoïdes. Si es treball amb una línia SW1414 en la que s’ha transduït la luciferasa, hom pot seguir més fàcilment la formació d’aquestes estructures. En aquest assaig, Céspedes et al. comproven com el nanoconjugat redueix la formació d’esferoides.

El nanoconjugat en models de ratolí derivats de CRC de pacients

Un d’aquests models consisteix en la implantació en el cec de ratolins de cèl·lules tumorals procedents de CRC humans. Als 7 dies de la implantació, hom assajava l’administració de 100 μg de conjugat durant 2 dies consecutius. En ratolins sacrificats 24 hores després, era possible seguir els efectes del nanoconjugat sobre els tumors transplantats: el nanoconjugat bloquejava la intravasació.

En ratolins Swiss nude, el transplantament de cèl·lules bioluminiscents de CRC condueix a la formació de metàstasi en ganglis limfàtics i en pulmó. En aquest model, Céspedes et al. comprovaren que els nanoconjugats podien reduir la formació de metàstasi.

En un altre model de ratolí, amb transplantament ortotòpic de CRC M5 CXCR4+, el nanoconjugat impedia la formació de metàstasis hematògenes i transcelòmiques.

T22-GFP-H6-FdU: el primer compost que assoleix un efecte antimetastàtic selectiu

El nanoconjugat nucleoproteic T22-GFP-H6-FdU és un dels primers compostos que es demostra en recerca preclínica com a posseïdor d’un efecte antimetastàtic selectiu.

Lligams:

Selective depletion of metastatic stem cells as therapy for human colorectal cancer. María Virtudes Céspedes, Ugutz Unzueta, Anna Aviñó, Alberto Gallardo, Patricia Álamo, Rita Sala, Alejandro Sánchez‐Chardi, Isolda Casanova, María Antònia Mangues, Antonio Lopez‐Pousa, Ramón Eritja, Antonio Villaverde, Esther Vázquez, Ramón Mangues. EMBO Mol. Med. pii: e8772 (2018)

Publicat dins de 6. La Civilització | Envia un comentari

La reconstitució de la microbiota de la mucosa intestinal després d’un tractament amb antibiòtics

Un tractament amb antibiòtics contra una infecció pot acabar afectant els microorganismes comensals que formen part de la microbiota normal humana. Aquesta afectació rep el nom de disbiosi i, tradicionalment, se l’ha tractada amb l’ús de probiòtics, és a dir amb el consum d’aliments rics en alguns dels components de la microbiota intestinal, com són els iogurs i altres productes làctics amb presència de Lactobacillus. Però la bondat dels probiòtics en aquest context ha estat des de fa dècades matèria de controvèrsia. Un grup d’investigadors israelians, liderat pel gastroenteròleg Zamir Halpern, el bioinformàtic Eran Segal i l’immunòleg Eran Elinav, han examinat de manera invasiva els efectes de probiòtics en la reconstitució post-antibiòtica del microbioma de la mucosa intestinal en ratolins i en humans. L’han comparat amb un transplantament autòleg de microbioma fecal (aFMT) i amb l’absència de tractament. De fet, la recuperació espontània post-antibiòtica arriba a ésser més efectiva que la que es produeix amb un tractament amb probiòtic per tal d’assolir la reconstitució del microbioma originari. L’aFMT és més ràpid que la recuperació espontània. Aquests resultats els presenten ara en un article a la revista Cell. Els mateixos investigadors, en estudis in vitro, han comprovat com factors solubles secretats per Lactobacillus tenen un efecte inhibidor sobre el microbioma. Per a ells, aquestes dades mostren la necessitat de desenvolupar l’aFMT o probiòtics personalitzats per compatibilitzar la protecció de la mucosa amb la reconstitució del microbioma després d’un tractament amb antibiòtics que ho requereixi.

Mitjançant l’obtenció de mostres de lumen i de mucosa per biòpsia en humans i ratolins, Suez et al. pogueren seguir a través del transcriptoma l’evolució del microbioma després d’un tractament amb antibiòtics, seguint tres estratègies de recuperació: 1) administració de probiòtics; 2) transplantament autòleg de microbioma fecal; 3) recuperació espontània. Els probiòtics són efectius en establir-se com una protecció mucosal, però alhora inhibeixen la reconstitució del microbioma

La disbiosi posterior a un tractament amb antibiòtics

Entre els efectes gastrointestinals adversos d’un tractament antibiòtics les diarrees són especialment prevalent, amb un 5-35% segons els tractaments. Vora un 20% dels casos de diarrees associades amb antibiòtics s’expliquen per la disrupció de la comunitat microbiana comensal del tub digestiu. Aquesta disrupció rep el nom de disbiosi. La base de la disbiosi és el fet que la majoria d’antibiòtics són poc selectius, i tan afecten els patògens que han causat la infecció com els simbionts. Els efectes de la disbiosi es poden manifestar en pocs dies. La reconstitució espontània del microbioma danyat és sovint lenta i incompleta: els efectes d’uns dies de disbiosi poden notar-se d’un anys. Diversos estudis assenyalen que aquesta disrupció antibiòtica del microbioma intestinal podria augmentar el risc de patir obesitat, al·lergies i altres trastonrs autoimmunes i/o inflamatoris.

Tradicionalment, una preocupació era que l’afebliment del microbioma pogués donar oportunitats de colonitzacions a microorganismes infecciosos. Per això, es trobava adequat oferir aliments que continguessin microorganismes comensals del tub digestiu, principalment lactobacils, presents iogurs i altres derivats làctics. Alhora, hom suposava que els probiòtics ajudarien a la reconstitució del microbioma a mig termini. Però tant l’eficàcia dels probiòtics com el mecanisme subjacent d’acció han estat matèria de controvèrsia. La majoria d’estudis clàssics en humans es limitaven a prendre mostres fecals i a cultivar els microorganismes presents. Les tècniques òmiques permeten una valoració més completa de la diversitat microbiana present a la femta, però això sempre serà una dada indirecta de la situació de la mucosa digestiva.

En aquesta recerca, Jotham Suez et al. són pioners en l’exploració in vivo en humans de l’impacte del consum de probiòtics després d’una exposició a antibiòtics en la composició de la microbiota de la llum i de la mucosa intestinals. En aquesta recerca combinen biòpsies i mostres fecals, i l’estudi en humans amb l’estudi en ratolins. Comparen la reconstitució espontània amb l’assolida amb l’administració de probiòtics o amb el transplantament autòleg de microbioma fecal.

Experiments en ratolins

Els ratolins C57BL/6, tots mascles, arribaven a l’estabulari a les 8 setmanes d’edat (amb uns 20 grams). Eren introduïts en els experiments dues setmanes després de l’arribada. Cada grup experimental consistia en dues gàbies, amb cinc animals per cada gàbia.

Com a tractament antibiòtic, se’ls afegia a l’aigua de beguda 0,2 g/L de ciprofloxacina i 1 g/L de metronidazol.

Com a tractament probiòtic, se’ls feia una administració oral de 10 mL de sèrum en els quals havien dissolt una píndola de Supherb Bio-25. Aquesta administració es feia amb una periodicitat diària durant 4 setmanes. Superherb Bio-25 és una barreja d’11 soques bacterianes (Lactobacillus acidophilus, L. casei, L. casei sbsp. paracasei, L. plantarum, L. rhamnosus, Bifidobacterium longum, B. bifidum, B. breve, B. longum sbsp. infantis, Lactococcus lactis, i Streptococcus thermophilus).

Per al transplantament autòleg de microbioma fecal, es recolliren mostres de femta abans de l’administració d’antibiòtics, que eren congelades en nitrogen líquid. En el dia del transplantament, se les resuspenia en sèrum en condicions anaeròbies, se les cultivava en un medi Hungate, i el sobrenedant resultat era administrat per via oral a cada ratolí. El transplantament es feia el dia de la cessació de l’administració d’antibiòtics.

Conclosos els experiments, els ratolins eren sacrificats en una atmosfera de CO2. Als cadàvers se’ls practicava una laparotomia, i es recollien mostres de diverses seccions de l’intestí.

En total, en el marc d’aquest experiment es recolliren 710 mostres fecals, 680 mostres luminals i 680 mostres mucosals. D’aquestes mostres es feien extraccions d’ADN i d’ARN, i se n’obtenien dades metagenòmiques i metatranscriptòmiques.

Els experiments mostraven que en ratolins que havien seguit el tractament amb antibiòtics, els components del probiòtic feien una major colonització de la mucosa.

Per a la reconstitució del microbioma murí indígena, però, el tractament amb probiòtic tenia un impacte negatiu, endarrerint aquest procés de recuperació. En canvi, el transplantament autòleg de microbioma fecal millorava i accelerava la reconstitució.

Un estudi intervencional longitudinal prospectiu en 21 voluntaris humans sans que no consumeixen probiòtics

En aquest estudi participaren 21 voluntaris sans que no consumien probiòtics. Els 21 seguiren un tractament a dosis estàndards de ciprofloxacina i metronidazol durant set dies. Després se’ls dividia en tres grups:
– 7 voluntaris constituïen el grup de reconstitució espontània, sense rebre cap tractament post-antibiòtic.
– 6 voluntaris reberen un transplantament autòleg de microbioma fecal.
– 8 voluntaris seguiren el tractament amb el probiòtic Bio-Superherb-25: dues píndoles diàries durant 4 setmanes.

De cada participant es feien dues examinacions endoscòpiques:
– una primera colonoscòpia i endoscòpia profunda després de la setmana de tractament amb antibiòtics, per tal de caracteritzar la situació de disbiosi.
– una segona colonoscòpia i endoscòpia profunda tres setmanes més tard, per seguir la reconstitució.

Durant 6 mesos, es feien recollides periòdiques de femta dels voluntaris. En total, d’aquest estudi s’obtingueren 337 mostres luminals, 702 mostres mucosals, 557 mostres fecals i 362 biòpsies regionals.

El tractament amb antibiòtics induïa una profunda depleció de microbis en la femta. També hi havia una disrupció de la composició de la comunitat microbiana manifestada en les mostres fecals i mucosals. Les mostres mucosals obtingudes per endoscòpia, corresponents al tracte superior gastrointesinal, eren menys afectades que les obtingudes per colonoscòpia tant en termes de composició (ADN) com de funcionalitat (ARN).

En els voluntaris que prengueren probiòtic, hi hagué en general una expansió de la presència de Lactobacillus, Lactococcus i Streptococcus. Algunes d’aquestes expansions es mantingueren durant mesos després de cessar el tractament amb probiòtic. Suez et al. remarquen diferències inter-individuals en aquest grup: quatre individus responien molt bé al probiòtic en termes de la colonització intestinal d’aquestes espècies; un altre responia de manera més moderada; i tres d’ells eren més resistents a aquesta colonització.

En termes de reconstitució, el grup que hi arribava més ràpidament fou el que seguí el transplantament autòleg: en 1 dia després d’aquest tractament ja havien recuperat la composició microbiòtica originària. El grup de reconstitució espontània trigà més, i no assolí aquests valors fins després de 21 dies. Els qui seguiren el tractament amb probiòtics no havien recuperada aquesta composició després de 4 setmanes, i encara mantenien indicis de disbiosi 5 mesos després.

Un experiment in vitro

Amb aquests resultats, Suez et al. decidiren explorar el mecanisme pel qual els probiòtics interfereixen en la recuperació de la microbiota intestinal. Aixó que cultivaren el contingut de les píndoles de probiòtics en medis de cultiu selectius. Després de 24 h de cultiu anaerobis, els sobrenedants eren afegits a cultius de microbioma fecal humà, també sota condicions anaeròbies. Els sobrenedants dels cultius de probiòtics inhibien el creixement dels cultius de microbioma fecal humà. Per descartar que això fos un efecte dels àcids generats pels probiòtics, introduïren un control amb una acidesa similar de pH 4,0. Experiments ulteriors assenyalaven que aquest efecte era degut a substàncies secretades per Lactobacillus. Els components del microbioma més afectats eren Prevotella i grups de clostridials.

L’efectivitat del transplantament autòleg de microbioma fecal

Les dades de Suez et al. ofereixen un retrat metagenòmic i metatranscriptòmic de la microbiota gastrointestinal en el curs d’un tractament amb antibiòtics, i de la recuperació posterior. Els probiòtics, efectius en la colonització post-antibiòtica, perjudiquen a la llarga la recuperació de la microbiota originària. De fet, les dades indiquen un antagonisme actiu entre els probiòtics i alguns components de la microbiota resident.

Suez et al. consideren necessari aprofundir en la identificació dels factors probiòtics que inhibeixen la reconstitució del microbioma. Un millor coneixement permetria un disseny més adequats dels probiòtics o la seva combinació amb altres factors farmacològics.

Però on dipositen més esperances és en el transplantament autòleg de microbioma fecal. Són conscients, però, de les dificultats logístiques d’aquesta tècnica, que requeriria un emmagatzematge a llarg termini de mostres personals de femta i una producció extensiva de píndoles personals. Per això pensen més aviat en una estratègia que, primer, caracteritzi funcionalment el microbioma personal i, a partir d’aquesta informació, opti pel preparat més acostat.

Lligams:

Post-Antibiotic Gut Mucosal Microbiome Reconstitution Is Impaired by Probiotics and Improved by Autologous FMT. Jotham Suez, Niv Zmora, Gili Zilberman-Schapira, Uria Mor, Mally Dori-Bachash, Stavros Bashiardes, Maya Zur, Dana Regev-Lehavi, Rotem Ben-Zeev Brik, Sara Federici, Max Horn, Yotam Cohen, Andreas E. Moor, David Zeevi, Tal Korem, Eran Kotler, Alon Harmelin, Shalev Itzkovitz, Nitsan Maharshak, Oren Shibolet, Meirav Pevsner-Fischer, Hagit Shapiro, Itai Sharon, Zamir Halpern, Eran Segal, Eran Elinav. Cell 174: 1406-1423 (2018)

Publicat dins de 3. La Vida | Envia un comentari

Una reprogramació in vivo de quatre factors de transcripció permet una ràpida epitelialització en un model d’úlcera cutània en ratolí

Juan Carlos Izpisua Belmonte, del Salk Institute for Biological Studies, és l’autor corresponsal d’un article publicat a la revista Nature en el qual ell i els seus col·laboradors comuniquen els resultats d’una tècnica de reprogramació in vivo en la regeneració del teixit epitelial cutani en un model d’úlcera en ratolins.

Anàlisi d’integració de TP63, GRHL2, TFAP2A i MYC. La transducció d’aquests quatre factors de transcripció promou la reprogramació de cèl·lules mesenquimals d’una úlcera en cèl·lules epitelials. Aquest protocol permet una epitelialització eficient i ràpida des de la superfície de l’úlcera cutània

Una alternativa per al recobriment epidèrmic d’úlceres incurables

Aquesta recerca fou concebuda i dissenyada experimentalment per Masakazu Kurita, Kiyonori Harii i Juan Carlos Izpisua Belmonte. Kurita ha estat el nexe d’unió entre el grup d’Izpisua a The Salk Institute de La Jolla i el grup de Harii al Departament de Cirurgia Plàstica de l’Escola Universitària de Medicina de Kyorin, a Tòkio. Ha estat Kurita qui conceptualitzà l’estudi i realitzà la majoria d’experiments i anàlisi. En la preparació d’animals i embrions, participaren Toshikazu Araoka, Tomoaki Hishida, Masahiro Sakurai, Mako Yamamoto i Reyna Hernandez-Benitez, tots ells de l’Institut Salk. En l’obtenció d’imatges histològiques participaren Araoka i Yamamoto. Keiichiro Suzuki, Yuta Takahashi i Akihisa Sakamoto, també del Salk, ajudaren amb la preparació de constructes en plàsmids i de virus adeno-associats (AAVs). Takahashi i Hitomi Eto (de Kyorin) contribuïren amb cultius tridimensionals organotípics. Hishida contribuí en l’assaig tumorigènic i en la detecció de luciferasa. Maxim Nikolaievich Shokirev, bioinformàtic del Salk, analitzà les seqüenciacions d’ARN. En la preparació dels gràfics i la redacció del manuscrit participaren Kurita, David D. O’Keefe, Jun Wu, Alejandro Ocampo, Pradeep Reddy i Izpisua. De la coordinació i supervisió de l’estudi s’encarregaren Pierre Magistretti, Estrella Nuñez Delicado, Harri i Izpisua.

El punt de partida de la feina de Kurita et al. és una reflexió clínica sobre les grans nafres cutànies. Si són prou esteses o prou profundes, no és possible un guariment. La incidència d’aquestes nafres puja amb l’edat. Per tractar-les actualment s’utilitzen sobretot els injerts de pell, però també existeixen teràpies basades en el transplantament de cultius cel·lulars de laboratori. En resum, són tècniques que requereixen la implantació de components epitelials ja existents. Kurita et al. treballen en el desenvolupament de fonts alternatives de recobriment epidèrmic.

Una reprogramació basada en la transducció de quatre factors de transcripció

Els factors de transcripció TP63, GRHL2, TFAP2A i MYC especifiquen la diferenciació cap a llinatges de cèl·lules cutànies. La transducció dels gens corresponents a aquests quatre factors de transcripció permet una reprogramació cel·lular.

En el protocol desenvolupat per Kurita et al. aquesta reprogramació es realitza in vivo en cèl·lules mesenquimals residents en les ferides d’un model en ratolí d’úlceres cutànies. La reprogramació és prou efectiva per permetre una epitelialització de la zona descoberta de la nafra, eficient i ràpida.

Kurita et al. consideren que aquest protocol pot servir de base per a una nova estratègia terapèutica per a la regeneració de la pell en ferides, que també podrien tindre aplicacions en altres afeccions dels mecanismes cutanis d’homeostasi i de reparació.

Lligams:

In vivo reprogramming of wound-resident cells generates skin epithelial tissue. Masakazu Kurita, Toshikazu Araoka, Tomoaki Hishida, David D. O’Keefe, Yuta Takahashi, Akihisa Sakamoto, Masahiro Sakurai, Keiichiro Suzuki, Jun Wu, Mako Yamamoto, Reyna Hernandez-Benitez, Alejandro Ocampo, Pradeep Reddy, Maxim Nikolaievich Shokhirev, Pierre Magistretti, Estrella Núñez Delicado, Hitomi Eto, Kiyonori Harii & Juan Carlos Izpisua Belmonte. Nature (2018)

Publicat dins de 3. La Vida | Envia un comentari

L’evolució de la menopausa entre els odontocets

Entre els mamífers es pot dir com a norma general que la capacitat reproductiva es reté fins a la mort. O, dit d’una altra manera, el sistema reproductiu envelleix al mateix ritme que el teixit somàtic. N’hi ha, però, algunes excepcions. Concretament, els llibres de zoologia parlen del fet que les femelles de tres espècies (Homo sapiens, Orcinus orca i Globicephala macrorrhynchus) presenten una taxa de senescència reproductiva molt més elevada que l’envelliment somàtic. O, dit d’una altra manera, que en aquestes tres espècies, humans, orques i caps d’olla negres d’aleta curta, una proporció important de les femelles viuen més enllà de la seva vida reproductiva. Cal parlar, doncs, en aquestes espècies d’una fase vital post-reproductiva (post-menopausa). És significatiu que les tres espècies esmentades siguin espècies socials, i és interessant que dues d’elles, orques i belugues, pertanyin al mateix grup cetaci dels odontocets. Samuel Ellis & Darren P. Croft, del Centre for Research in Animal Behaviour de la University of Exeter han ideat un mètode per mesurar la taxa relativa de senescència reproductiva a partir de les dades fisiològiques de diferents espècies d’odontocets. Això els permet arribar allà on no ho fan les quantificacions directes d’aquesta taxa en poblacions salvatges. És clar que les dades fisiològiques que Ellis i Croft necessiten tampoc no són disponibles per a totes les espècies d’odontocets. De fet, no les han pogudes trobar en el cas de les orques. Així que s’han hagut de conformar amb dades sobre setze espècies d’odontocets. L’anàlisi indirecta de l’activitat ovàrica els permet detectar, entre aquestes 16 espècies, les que mostren femelles amb una vida post-reproductiva significativa. A més dels caps d’olla negres d’aleta curta, ho han trobat en les belugues (Delphinapterus leucas) i en els narvals (Monodon monoceros). Així doncs, són hi ha cinc les espècies conegudes de mamífers amb fases vitals post-menopàusiques. En el seu article a Scientific Reports consideren que aquest tret hauria aparegut, si més no, en tres ocasions en la història evolutiva dels odontocets.

Corbes de supervivència de les femelles adultes de deu espècies d’odontocets. En verd s’assenyala la fase reproductiva i en taronja la fase post-reproductiva. En les espècies analitzades n’hi ha tres, belugues, narvals i caps d’olla negres d’aleta curta que tenen fases post-reproductives perllongades. A aquestes tres espècies hi hem de sumar les orques i, fora dels odontocets, l’espècie humana.

Un mètode indirecte per avaluar la longevitat post-reproductiva de les femelles de diverses espècies d’odontocets

Aquest projecte de recerca fou concebut per Samuel Ellis i Darren P. Croft en el marc d’una discussió amb Michael A. Cant i Daniel W. Franks. Si Ellis i Croft són membres del Centre for Research in Animal Behaviour, de la University of Exeter, Cant ho és del Centre for Ecology and Conservation de la mateixa universitat. Franks és membre del Department of Biology de la University of York.

Es tractava doncs de fer una anàlisi a partir de dades fisiològiques contingudes en la bibliografia científica. Aquesta tasca la feren Franks, Ellis i Croft, comprant amb l’ajut de Deborah Giles i de Kenneth C. Balcomb. Giles i Balcomb són membres del Center for Whale Research.

L’extracció i anàlisi de dades la realitzà Ellis, en discussió amb Croft, Franks i Cant, a més de Stuart Nattrass (col·lega de Franks) i Thomas E. Currie (col·lega de Cant). Currie fou el que realitzà l’anàlisi filogenètica. Els gràfics foren realitzats per Ellis i Currie. Amb això, Ellis elaborà un esborrany d’article, amb aportacions de Croft. Després hi participaren els altres autors.

Ellis et al. tenen mots de reconeixement per als científics que recolliren les dades primàries utilitzades en aquesta recerca. En la recollida de dades comptaren amb l’ajut de Destiny Bradley i Alessandro Macario. Aquesta investigació es finançà a través del projecte que el Natural Environment Research Council concedí a Croft, Franks i Cant (NE/K01286X/1) per estudiar l’evolució de la fase post-reproductiva prolongada en mamífers no-humans.

Aquest projecte de recerca vol respondre una qüestió: quina és la base evolutiva damunt la qual les femelles d’una espècie deixen de reproduir-se abans del límit de la seva esperança de vida. La primera constatació és dir que això no és pas la norma. És cert que en moltes espècies hi ha una reducció de la capacitat reproductiva amb l’edat, però que aquesta reducció és més o menys proporcional amb l’envelliment somàtic. De totes les espècies conegudes, la literatura tan sols parla de tres que tinguin fases vitals femenines post-menopàusiques perllongades: els humans (Homo sapiens), les orques (Orcinus orca), els caps d’olla negres d’aleta curta (Globicephala macrorhynchus). Alguns indicis parlen d’una quarta, l’orca falsa (Pseudorca crasidens). Ellis et al. defineixen la longevitat post-reproductiva com el fet que sigui habitual i prolongada la supervivència femenina després del cessament de la reproducció. O, dit d’una altra manera, que en l’esperança de vida d’una femella hi hagi una porció substancial corresponent a una fase post-reproductiva.

Crida l’atenció que de les tres espècies esmentades, dues siguin odontocets. Ellis et al. recorden les dificultats logístiques d’estudiar un tàxon oceànic. És cert que hi ha una nombrosa literatura sobre les estructures socials, la demografia i la reproducció de cetacis. Alhora la diversitat que hi ha entre els odontocets en el nivell de socialitat i en les estratègies reproductives pot ser aprofitada per conèixer la relació entre l’un i les altres.

Ellis et al. distingeixen entre una fase vital post-reproductiva i el declivi general de fecunditat amb l’edat. L’ideal, per escatir si una espècie té una fase vital post-reproductiva, seria disposar de dades sobre les taxes de reproducció i de supervivència de les femelles. Però, a la pràctica, això és difícil d’aconseguir per a animals longeus com els cetacis. Ellis et al. volien fer ús de les dades fisiològiques disponibles per odontocets, obtingudes moltes d’elles d’estudis sobre casos de mortalitat massiva i d’altres, tots ells amb la finalitat d’inferir dades sobre el cicle vital d’aquestes espècies que ajudin en la gestió de programes de conservació.

La quantificació de la senescència reproductiva

La base de l’estudi són dades publicades sobre comptatges de “corpora” en ovaris de cetacis de diferents espècies i edats. L’activitat ovàrica té com a punt central l’ovulació. En desprendre’s de l’ovari, l’òvul deixa enrere el fol·licle de Graaf. Aquest fol·licle de Graaf degenera en el “corpus luteum”, que després passa a “corpus albicans”. El mot “corpora” agrega els “corpora lutea” i els “corpora albicantia”, que persisteixen en l’ovari com a testimoni d’ovulacions passades, però també pot incloure els “corpora atretica” (que resulten de fol·licles que degeneran abans d’arribar a la maduresa). Els comptatges de “corpora” serveixen per inferir la taxa d’ovulació (especialment, si es descompten els “corpora atretica”) i altres característiques reproductives (com la taxa de gestació). En aquest sentit, Ellis et al. s’interessen en els comptatges de “corpora” com a indicadors de l’activitat ovàrica.

L’àmbit de recerca eren les 72 espècies reconegudes d’odontocets. Es tractava de cercar literatura que presentés dades de comptatge corpori en òvuls d’odontocets vinculades a l’edat estimada de l’individu. Així doncs, els criteris d’inclusió eren:
– que cada femella estudiada tingués un comptatge de “corpora” i una estimació independent de l’edat.
– que l’estructura d’edat de les femelles hi fos ben representada.
– que les dades es presentessin en un format prou clar.

L’estimació de l’edat en odontocets es fa normalment a través de l’exam de les capes cimentals de la dentina. En narvals s’utilitza de vegades l’índex de racemització de l’àcid aspàrtic en l’ull.

D’acord amb els criteris d’inclusió, tan sols es trobaren dades apropiades per a setze espècies:Lagenorhynchus acutus (dofí de flancs blancs de l’Atlàntic), Berardius bairdii (zífid de quatre dents septentrional), Delphinapterus leucas (beluga), Tursiops truncatus (dofí mular), Pseudorca crassidens (falsa orca), Phocoena phocoena (marsopa comuna), Globicephala melas (cap d’olla negre d’aleta llarga), Peponocephala electra (orca nana), Monodon monoceros (narval), Lissodelphis borealis (dofí septentrional), Stenella attenuata (dofí tacat tropical), Delphinus delphis (dofí comú de musell curt), Globicephala macrorhynchus (cap d’olla negre d’aleta curta), Physeter macrocephalus (catxalot), Stenella longirostris (dofí de musell llarg) i Stenella coeruleoalba (dofí ratllat). És significatiu que en aquesta llista no figura l’orca comuna (Orcinus orca), de la qual s’han documentat fases post-reproductives prolongades en les femelles a partir d’observacions individuals i d’anàlisi no-invasives de nivells hormonals.

Les dades emprades per Ellis et al. es restringien a l’edat posterior a la primera ovulació, que en termes de comptatge ovàric es correspon al primer comptatge superior a 0.

De les 16 espècies analitzades, tan sols en una, Tursiops truncatus, hi ha dades disponibles per a tres poblacions geogràficament diferents. En la resta, l’anàlisi inclou una única població per a cadascuna. Un dels problemes d’emprar comptatges de corpora com a indicadors d’activitat ovàrica, és que potser en algunes espècies els corpora albicantia no persisteixen indefinidament; i en altres casos una única ovulació pot ésser múltiple i deixar diversos corpora.

La senescència reproductiva es manifesta primer en una disminució fisiològica de la fecunditat amb l’edat. En odontocets femella això es manifestaria en una taxa d’ovulació inferior en els individus de més edat. Així doncs, Ellis et al. proven una modelització basada en polinomis de primer o de segon grau d’aquesta taxa en relació amb l’edat. Una relació de primer grau o lineal seria la hipòtesi nul·la, coincident amb l’absència de senescència reproductiva.

De les 16 espècies analitzades, en 13 s’hi detecta una relació entre el comptatge de corpora i l’edat. En els tres casos on no es detecta aquesta relació (Lagenorhynchus acutus, Phocoena phocoena i Delphinus delphis), Ellis et al. pensen que o bé hi ha un nombre insuficient de dades o que en aquestes espècies els comptatges no són una bona mesura de la senescència reproductiva.

Així doncs, Ellis et al. se centraren en les 13 espècies on detectaren un declivi de la fecunditat amb l’edat. Per a aquestes espècies calcular la representació fisiològica de la fase post-reproductiva, és a dir la proporció d’anys femenins adults de la població que viuen les femelles post-reproductives. O, expressat d’una altra manera, la proporció de femelles adultes no-ovulants. Per fer aquest càlcul havien de reconstruir la supervivència de les cohorts de cada estudi. Com que aquesta modelització depèn de si la població es troba en equilibri, en creixement o en decreixement, Ellis et al. contemplen tots tres escenaris.

Per a cada espècie, proven de determinar, si és possible, l’edat M, és a dir l’edat a la qual s’ha completat el 95% de la fecunditat de la població.

La reconstrucció filogenètica

Les dades sobre la fase post-reproductiva fisiològica (Phys-PrR) foren combinades amb les dades filogenètiques per reconstruir els valors que haurien tingut les poblacions ancestrals. En l’anàlisi s’inclogueren 25 espècies, les 13 de les quals Ellis et al. tenien mesures fisiològiques i 12 més de les quals hi ha registres reproductius.

La qüestió ètica

Les dades emprades en aquest estudi provenen de publicacions sobre disseccions de cadàvers d’odontocets. Les dades de cinc espècies provenen de disseccions realitzades de víctimes de mortandats massives. Les dades d’unes altres quatre espècies provenen de disseccions d’individus capturats accidentals en activitats pesqueres. En dues espècies, les dades provenen d’individus capturats en caces de subsistència per poblacions humanes indígenes. En el cas del catxalot es recullen dades de quan aquesta espècie era caçada comercialment (abans de 1988). En sis espècies les dades provenen de caceres anuals, bé del Japó o de les Illes Feroe. En cap cas, Ellis et al. han utilitzat dades de “captures científiques”. De fet, insisteixen que en l’estudi de la senescència reproductiva de cetacis són molt més valuosos els estudis demogràfics detallats a llarg termini, en els quals es recullen dades reproductives i socials. De fet, és gràcies a dades demogràfiques longitudinals basades en individus, com les fetes en orques a la Mar de Salish les que posaren de manifest la vida post-reproductiva de les femelles d’aquesta espècie.

Deu espècies d’odontocets mostren un declivi de l’activitat ovàrica associada a l’edat

De les setze espècies incloses en la meta-anàlisi, n’hi ha deu que mostren un declivi de l’activitat ovàrica associada a l’edat. D’aquestes 10 espècies, n’hi ha 4 en les quals la taxa de senescència reproductiva és superior a la taxa de senescència somàtica: Delphinapterus leucas, Monodon monoceros, Lissodelphis borealis i Globicephala macrorhynchus. En el cas de L. borealis aquesta estimació no és gaire robusta, però sí en les altres tres.

La quantificació de la longevitat post-reproductiva

Abans del desenvolupament mèdic actual, hom calcula que el 40% dels anys viscuts per les dones adultes es corresponien a l’etapa post-menopàusica. L’estudi d’Ellis et al. permet una estimació per a diferents espècies d’odontocets:
– per a les belugues, la mateixa xifra seria del 27%.
– per als narvals, la xifra seria del 24%.
– per als caps d’olla negres d’aleta curta, la xifra seria del 15%.

Ellis et al. comparen aquesta estimació indirecta o fisiològica amb la que s’ha fet directament per a tres espècies d’odontocets (Globicephala macrorhynchus, Globicephala melas i Pseudorca crassidens). La correlació entre els dos valors constitueixen, segons ells, la validació d’aquest mètode indirecte.

La longevitat post-reproductiva en odontocets hauria aparegut un mínim de tres vegades en la història evolutiva del grup

Amb l’estudi filogenètic, Ellis et al. estimen que la fase post-reproductiva de les femelles hauria aparegut en tres ocasions:
– en un punt anterior a l’ancestre comú de belugues i narvals.
– en el llinatge que conduí a G. macrorhynchus).
– en el llinatge que conduí a les orques.

La base evolutiva de la fase post-reproductiva

L’existència d’una fase post-reproductiva en la vida de les femelles de les orques residents ha estat ben estudiada. Les orques residents són un ecotipus, és a dir una variant ecològica de l’espècie. Fonamentalment s’alimenten de la captura de salmons en les mars annexes al Pacífic nord-oriental. El caràcter resident d’aquestes poblacions es manifesta en el fet que ni els mascles ni les femelles no es dispersen des del llur grup natal. Els mascles s’aparten del grup natal únicament per aparellar-se i després hi tornen: aquest aparellament exogàmic evita els riscos de la consanguinitat en els grups natals.

La paleogenètica humana ens indica una tendència patrilocal, és a dir que la dispersió associada a l’aparellament i a la vida adulta era esbiaixada cap al sexe femení. En general, doncs, les dones joves s’incorporaven a un grup diferent del llur grup natal. En aquestes condicions, la selecció afavoriria l’investiment de recursos per part d’aquestes dones joves en la pròpia reproducció i no en l’assistència d’altres membres del grup (més cunyades que no pas germanes). Ara bé, les dones més grans sí tindrien més llaços de parentiu amb el grup, i la selecció afavoriria també l’investiment de recursos en l’assistència a altres membres del grup. En aquestes condicions, l’aparició d’una fase post-reproductiva podria constituir una estratègia òptima, en destinar la joventut a la pròpia reproducció individual i la vellesa a l’assistència en la reproducció grupal.

Ellis et al. pensen que belugues i narvals han de tindre una demografia que augmenti el parentiu de la femella amb el grup amb l’edat. Això es pot correspondre a una filopatria social bisexual amb aparellament no-local (com passa amb les orques residents) o a una patrilocalitat basada en la dispersió femenina (com passaria en els humans ancestrals i, de fet, en moltes cultures humanes modernes).

El cert és que no hi ha gaire informació sobre l’estructura socials dels caps d’olla negres d’aleta curta, de les belugues o, ja no diguem, dels narvals.

Beluga (dalt) i narval (sota) són espècies properes. Tant en una com l’altra, Ellis et al. han trobat indicis que vora el 25% dels anys viscuts per les femelles adultes es corresponen a una fase post-reproductiva. Cal pensar, d’acord amb les estimacions filogenètiques de Currie, que aquest fet remontaria, si més no, a l’ancestre comú d’aquestes dues espècies. Ellis et al. creuen que aquesta espècie ancestral, com les seves descendents, seguirien una filopatria bisexual, és a dir que mascles i femelles tendeixen a viure tota la vida en el seu grup natal. Els aparellaments, però, són intergrupals

En el cas dels caps d’olla negres d’alerta curta, la vida es fa sobretot en grups mixtos. Els mascles abandonarien puntualment el grup a la recerca de parelles en grups diferents, però després tornarien al grup originari.

En el cas de les belugues, pel que se sap, tant els mascles com les femelles mostren una gran fidelitat envers les mateixes àrees d’alimentació on nasqueren, a les quals tornen cada estiu. Els individus d’un mateix grup solen ésser parents estrets.

En el cas dels narvals els grups semblen tindre un caràcter matrilineal, amb migracions cap a l’estiu cap a zones d’alimentació.

En tots tres casos, la femella troba en el grup un grau de parentiu més elevat a mesura que es fa més gran. Aquest augment de parentiu es deu, d’entrada, a la permanència preferent dels fills mascles dins del grup. La pressió selectiva a favor de la reproducció individual, doncs, disminueix amb l’edat, en favor de la reproducció grupal, i suspendre la reproducció individual en una edat avançada pot ajudar a evitar una competència intragrupal excessiva.

És clar que Ellis et al. són conscients que calen estudis longitudinals basats en individus, que es combinin amb estudis de genètica de poblacions, abans de confirmar totes aquestes idees.

Lligams:

Analyses of ovarian activity reveal repeated evolution of post-reproductive lifespans in toothed whales. Samuel Ellis, Daniel W. Franks, Stuart Nattrass, Thomas E. Currie, Michael A. Cant, Deborah Giles, Kenneth C. Balcomb, Darren P. Croft. Scientific Reports 8: 12833 (2018).

Publicat dins de 4. L'Animal | Envia un comentari

Una anàlisis sistemàtica del GBD 2016 sobre el consum d’alcohol i el seu impacte

La revista Lancet publicava aquesta setmana un article que feia una anàlisi sistemàtica de les dades del Global Burden of Disease Study del 2016 sobre el consum d’alcohol i el seu impacte en el període de 1990-2016. L’estudi abasta la pràctica totalitat del planeta, en analitzar 694 fonts de dades observacions i 592 estudis prospectius i retrospectius. Amb ells, els autors han fet estimacions de la prevalença del consum de begudes alcohòliques i de l’abstinència. D’aquesta manera, calculen que l’alcohol és darrera del 6,8% de les morts masculines ajustades a edat i del 2,2% de les morts femenines ajustades a edat. Entre la població de 15 a 49 anys, aquesta xifra és de 12,2% entre els homes i del 3,8% entre les dones. Els autors conclouen que el nivell de consum que minimitza els riscos de mortalitat de l’alcohol és zero.

Un estudi finançat per la Bill & Melinda Gates Foundation

El punt de partida d’aquest estudi era en bona mesura el fet que mentre que el consum d’alcohol es considera un factor principal de risc en malalties agudes i cròniques, algunes recerques indiquen que consums moderats d’algunes begudes alcohòliques poden tindre un efecte protector en malalties coronàries isquèmiques, en diabetis, etc. Aquestes consideracions requereixen, però, disposar de dades acurades i comparables. Per fer-ho, el grup de col·laboradors sobre alcohol en el GBD 2016 consolidaren un total de 694 fonts de dades individuals i poblacionals per fer una estimació dels nivells de consum d’alcohol en tot el planeta. Amb aquestes dades, feren una revisió sistemàtica i una meta-anàlisi d’estudis retrospectius i prospectius sobre l’associació entre l’alcohol i elements de morbilitat i mortalitat.

Prevalença ajustada a edat de persones amb consums diaris d’alcohol superiors a 10 grams, entre dones (A) i homes (B).

L’exposició al consum d’alcohol es mesura en els grams d’etanol pur consumits diàriament pels bevedors actuals. Els bevedors són definits com les persones que ingereixen l’equivalent de més de 10 g d’etanol pur diari.

La recerca bibliogràfica es va fer a partir de les bases de dades de PubMed i de GHDx. De les 694 fonts seleccionades, s’extragueren 121.029 punts de dades. Per a les estimacions de risc es feren servir 592 estudis, dels quals extragueren 3992 estimacions. Agregadament, tots aquests estudis representaven una població de 28 milions de persones i de 649.000 casos.

En les estimacions de consum, hom parteix de les dades de vendes de begudes alcohòliques, que es combinen amb les enquestes estatístiques. S’hi fan ajustament en cada zona per tindre present que una part de les vendes de begudes alcohòliques respon al turisme, i que no totes les dades de vendes són reflectides en les estatístiques oficials.

En les estimacions de risc, s’utilitza com a interval de consum el que va de 0 a 12,5 begudes estàndards diàries (1 beguda estàndard = 10 grams d’etanol).

El consum global d’alcohol

En el 2016, el 32,5% de la població mundial eren bevedors actius. La xifra era del 25% entre les dones i del 39% entre els homes. El consum mitjà d’alcohol consumit era de 0,73 begudes estàndards entre les dones i d’1,7 entre els homes.

Els països amb un índex socio-demogràfic (SDI) més elevat, són els que presenten una prevalença de consum d’alcohol més elevada, alhora que s’hi redueixen també les diferències entre sexes (p.ex. a Suècia la prevalença és similar entre els dos sexes, d’un 86%). Els països amb més SDI també tenen un consum diari més elevat.

S’estima que en el 2016, hi hagué 2,8 milions de morts atribuïbles al consum d’alcohol. En termes d’anys perduts de longevitat sana (DALY), l’alcohol és responsable d’1,6% dels anys perduts entre les dones i del 6,0% entre els homes. En general, doncs, les dones reben un menor impacte que els homes, i fins i tot en països amb SDI elevat les dones de més de 60 anys experimenten un efecte protector del consum moderat d’alcohol en malaltia coronària isquèmica i diabetis.

La mortalitat associada a alcohol opera, en el grup de 15-49 anys, a través de la tuberculosi, dels accidents de trànsit i de les autolesions. En el grup de majors de 50 anys, la mortalitat associada a alcohol opera a través de càncers.

Riscos de salut associat al consum d’alcohol

Únicament en el cas de la malaltia coronària isquèmica hom troba en la relació consum d’alcohol/risc una corba en forma de J, és a dir, que hi ha un consum moderat d’alcohol que minimitza aquest risc: 0,86 begudes estàndards diàries. Però això no es troba ni en la diabetis ni l’atac de feridura. I menys encara en altres condicions de salut. Si hom considera el risc global, la minimització tan sols s’assoleix amb un consum zero. Això s’explica perquè els beneficis associats a un consum moderat d’alcohol a nivell vascular són compensats pels riscos associats amb càncer.

La càrrega de la salut provocada pel consum d’alcohol

El consum d’alcohol és el principal factor de risc de mort prematura i discapacitat entre persones de 15-49%. Aquesta càrrega és tres vegades superior en homes que en dones, i els riscos només es poden minimitzar amb un consum zero.

Pels autors de l’article, “els nostres resultats assenyalen la necessitat de revisar les polítiques de control i els programes de salut de l’alcohol, i a considerar les recomanacions favorables a l’abstinència“. Entre les mesures a disposició dels governs hi ha els impostos especials, el control de la disponibilitat física de l’alcohol i de les hores de venda, i el control de la publicitat.

Els autors de l’estudi consideren, no obstant, que cal també aprofundir en el coneixement de l’impacte dels patrons de consum, i també en una valoració quantitativa de l’impacte de l’alcohol en la violència interpersonal.

Lligams:

Alcohol use and burden for 195 countries and territories, 1990–2016: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2016. GBD 2016 Alcohol Collaborators. The Lancet (2018)

Envia un comentari

La reactivació de les cèl·lules B de memòria es realitza en focus proliferatius subcapsulars dels ganglis limfàtics

El sistema immunitari dels vertebrats es caracteritza per la seva memòria, és a dir la capacitat en alguns casos de reprendre una resposta immune específica contra un patògen amb el qual es tingué un contacte previ. Aquesta memòria immune és el fonament dels vaccins, que tenen com a objecte desencadenar-la sense haver de passar per la infecció corresponent. La memòria immune, entre d’altres coses, comportarà la generació de limfòcits B de memòria, és a dir limfòcits B capaços de fabricar anticossos contra els antígens inclosos en el vaccí. Tant en la memòria immune induïda amb vaccins com en la memòria immune natural, aquestes cèl·lules B de memòria esdevenen crucials: quan l’organisme es trobi amb els antígens corresponents, les cèl·lules B de memòria es reactivaran i sintetitzaran anticossos neutralitzants específics. Malgrat tots els avenços que hi ha hagut en el darrer segle per conèixer la natura proteica dels anticossos i dels mecanismes genètics que n’expliquen l’especificitat, encara hi ha elements poc o gens clars. Un d’aquests és la localització del procés de reactivació de les cèl·lules B de memòria i d’alguns dels mecanismes implicats. Imogen Moran i Tri Giang Phan del Garvan Institute of Medical Research, de Sydney, han impulsat una recerca que, fent ús de la microscopia intravital, mostra que les cèl·lules B de memòria es localitzen en l’espai subcapsular dels ganglis limfàtics. Quan aquestes cèl·lules B de memòria són activades per la presència de l’antigen corresponent, proliferen ràpidament i es diferencien en cèl·lules plasmàtiques secretores d’anticossos. En aquest procés no abandonen l’espai subcapsular, sinó que dins d’ell hi formes focus proliferatius. És també en aquest espai on es produeixen les interaccions que afinaran la resposta immunitària, a través de la interacció amb limfòcits TH fol·liculars i de macròfags presentadors d’antígens. En un article a la revista Nature Communications, Moran et al. expliquen la natura d’aquests focus proliferatius subcapsulars (SPF, en l’acrònim anglès), dels quals destaquen la signatura molecular monocel·lular (o clonal), els patrons de migració cel·lular i la sortida de cèl·lules plasmàtiques. De moment, han descrit la presència de SPF en els ganglis limfàtics tant humans com murins. Moran et al. defineixen els SPF com “seus de memòria immunològica” i reconeixen que poden ésser una diana interessant “per mobilitzar ràpidament respostes secundàries d’anticossos” i “per millorar l’eficàcia de vaccins”.

Microfotografia d’un gangli limfàtic en el qual s’assenyala la càpsula (1), el sinus subcapsular (2), uns centres germinals (3), uns nòduls limfoides (4) i les trabècules (5)

La reactivació de cèl·lules B de memòria

Aquest estudi fou concebut i dissenyat per Imogen Moran i Tri Phan, de la Immunology Division del Garvan Institute of Medical Research. El disseny dels experiments monocel·lulars els feren amb Akira Nguyen. La seqüenciació d’ARN monocel·lular la van fer Moran i Nguyen amb Weng Hua Koo (de la Division of Bone Biology del mateix centre). Nguyen analitzà aquesta seqüenciació. Dins de la Immunology Division, Danyal Butt, Katherine Bourne, Clara Young i Jana R. Hermes hi prestaren suport tècnic. En el disseny experimental i en l’anàlisi i interpretació posteriors també contribuïren Cindy S. Ma, C. Mee Ling Munier, Fabio Luciani, John Zaunders, Anthony D. Kelleher, Stuart G. Tanye, Peter I. Croucher i Robert Brink. Maté Biro forni eines d’anàlisi d’imatges, tasca que realitzaren Moran i Mark N. Read. Read també realitzà la modelització matemàtica. Gary Gracie i Andrew Parker realitzaren la immunohistoquímica humana. L’article fou redactat per Moran, Nguyen, Read i Phan.

La recerca compta amb el finançament del NHMRC, a través dels projectes 1124681 (on participen Phan, Ma, Luciani i Zaunders) i 1139865 (on participen Phan i Ma).

El seu article comença amb una referència a aquell famós passatge de Tucídides:

“ἐπὶ πλέον δ᾽ ὅμως οἱ διαπεφευγότες τόν τε θνῄσκοντα καὶ τὸν πονούμενον ᾠκτίζοντο διὰ τὸ προειδέναι τε καὶ αὐτοὶ ἤδη ἐν τῷ θαρσαλέῳ εἶναι: δὶς γὰρ τὸν αὐτόν, ὥστε καὶ κτείνειν, οὐκ ἐπελάμβανεν. καὶ ἐμακαρίζοντό τε ὑπὸ τῶν ἄλλων, καὶ αὐτοὶ τῷ παραχρῆμα περιχαρεῖ καὶ ἐς τὸν ἔπειτα χρόνον ἐλπίδος τι εἶχον κούφης μηδ᾽ ἂν ὑπ᾽ ἄλλου νοσήματός ποτε ἔτι διαφθαρῆναι.” (Thuc 2.51.6.)

Tucídides ens explica que en la pesta que assolà a Atenes en el 430 a.C., les poques persones que sobrevisqueren després d’haver patit la malaltia, foren també les que mostraren més compassió envers els malalts i moribunds. Aquests supervivents creien que no emmalaltirien de nou i en tot cas no de tanta gravetat. Alguns arribaren a pensar que el fet d’haver sobreviscut a la malaltia els feia invulnerables a tota dolència en el futur.

La immunitat existeix. En el segle XVII, metges de la Índia, de la Xina, de l’Imperi Otomà o d’Europa estudiaren i practicaren la inoculació d’extractes de pústules de malalts de verola com a mètode preventiu contra aquesta malaltia. Edward Jenner, en el 1796, modificà aquesta pràctica emprant en la inoculació pústules de malalts de verola de vaques: la vaccinació era menys arriscada que la variolació. En el segle XIX, Louis Pasteur i d’altres científics multiplicaren aquestes experiències. En el segle XX, les bases cel·lulars i moleculars de les malalties infeccioses i dels seus vaccins començaren a ser aclarides.

La protecció immunitària que confereixen els vaccins és en gran mesura de caràcter humoral, és a dir que resideix en el sèrum sanguini i no tant en la fracció cel·lular. Ara bé, els anticossos neutralitzants responsables d’aquesta immunitat humoral són secretats per cèl·lules. La persistència de la immunitat s’explica per la presència de cèl·lules plasmàtiques de llarga vida i per cèl·lules B de memòria.

Fins ara hom sabia que les cèl·lules B de memòria (MBC en l’acrònim anglès) es trobaven en localitzacions anatòmiques exposades a antígens, com ara el pulmó després d’una infecció viral, la zona marginal de la melsa, el moll de l’os, l’epiteli de les angines, etc. Després d’una immunització subcutània, se sap que les MBCs resultats s’acumulen en els ganglis limfàtics.

És més ben coneguda a nivell molecular l’activació de limfòcits B immadurs. Aquesta activació depèn de la interacció amb macròfags CD169+ que es troben en l’espai subcapsular del gangli limfàtic. Les cèl·lules B activades d’aquesta manera migren cap a la zona interfol·licular, on interactuen amb limfòcits TH. La interacció entre limfòcits T i aquests limfòcits B marcarà si proliferen o no, i si ho fan, si es diferencien cap a cèl·lules plasmàtiques de curta vida o cap a cèl·lules B residents entre el centre germinal del fol·licle limfàtic.

Moran et al. volen aclarir les bases cel·lulars i histològiques de la resposta humoral secundària. Ho han una combinació de microscopia intravital bifotònica i de seqüències d’ARN d’una sola cèl·lula. És així com han identificat l’estructura que denominen “focus proliferatius subcapsulars” (SPF). En aquests SPF les MBCs reactivades proliferen i es diferencien en cèl·lules plasmàtiques. Les cèl·lules de l’SPF són més mòbils, però també més dependents de senyals externs per sobreviure.

El lloc de residència de MBCs en repòs

Moran et al. utilitzen un model de ratolí immunitzat a la lisozima d’ou de gallina (proteïna HEL), combinat amb l’administració de cèl·lules B modificades genèticament que han incorporat marcadors fluorescents com la proteïna Kaede. Quan han passat 28 dies de la primera resposta d’anticossos, les cèl·lules específiques d’aquest antigen ja no proliferen. Tampoc ja no persisteixen els centres germinals en els ganglis limfàtics. Sí que persisteixen, en canvi, MBCs, que no dependen per a sobreviure de senyals antigènics en els seus receptors BCR ni tampoc de l’assistència de limfòcits TH específics.

En aquests MBCs hi ha dues subpoblacions. Unes expressen anticossos IgM i unes altres anticossos IgG. Entre els marcadors característics de les MBCs hi ha Fas, CD80, CD86, PD-L2, CCR6, CD69, CD62L, EBI2 i CXCR3.

L’ús de microscopia intravital bifotònica demostrava 70 dies de la immunització primària que les MBCs es posicionaven preferentment en la regió subcapsular dels ganglis limfàtics, associats estretament amb les macròfags SCS CD169+.

Les MBCs eren el doble d’abundants en ganglis limfàtics de drenatges comparats amb els altres ganglis limfàtics. L’expressió de la proteïna fluorescent Kaede permet Moran et al. de calcular els temps de residència en el gangli limfàtic, que estimen en 69 hores.

El comportament migratori de MBCs i de cèl·lules B immadures

El temps de residència d’una cèl·lula B immadura en el gangli limfàtic és inferior a les 24 hores. En els seus experiments, Moran et al. comparen les MBCs amb aquestes cèl·lules B immadures. La velocitat mitjana és similar en tots dos casos. També en tots dos casos la motilitat segueix un patró de migració superdifusiu.

La reactivació de les MBCs

Moran et al, transfereixen a ratolins cèl·lules B SWHEL tdTomato i cèl·lules T OT2. En immunitzar els ratolins amb HEL-OVA, queda establerta una població de MBCs que poden seguir amb el microscopi vital gràcies al marcatge de fluorescèndia (tdTomato). Eventualment, aquests ratolins són inoculats de nou amb HEL-OVA.

Cinc dies després d’aquesta segona inoculació, els MBCs SWHEL s’havien segregat en dues agrupacions diferents, una en la regió subcapsular i l’altra en centres germinals secundaris.

El marcatge OT2 els permetia seguir també els moviments de les cèl·lules T. En la regió subcapsular i en el mantell fol·licular dels ganglis limfàtics hi havia una acumulació de cèl·lules Tfh secundàries. La microscopia intravital detecta contactes freqüents i efímers entre les cèl·lules Tfh OT2 i les MBCs SWHEL. És la primera vegada que es mostra que la regió subcapsular dels ganglis limfàtics és una zona d’interacció entre cèl·lules T i B.

L’anàlisi histològica dels ganglis limfàtics

En el dia 3 i dia 5 de l’esmentada inoculació secundària, Moran et al. extreuen d’alguns ratolins ganglis limfàtics per sotmetre’ls a una anàlisi histològica. Les cèl·lules subcapsulars són proliferatives (positives per al marcador Ki67). Per això Moran et al. anomenen a aquesta estructura “focus proliferatius subcapsulars” (SPF). Els SPF recorden als centres germinals, però en aquest cas no hi ha presència de cèl·lules dendrítiques fol·liculars CD35+. En els SPF detecten una abundància d’anticossos anti-HEL, indici doncs que els SPF les MBCs proliferen i es diferencien en cèl·lules plasmàtiques.

Dues subpoblacions segons l’expressió de Blimp-1

Mitjançant el constructe Blimp-1egfp/+, Moran et al. poden observar en els SPFs l’expresió de Blimp-1. D’aquesta manera diferencien entre les cèl·lules Blimp-1+, que són rodones, poc mòbils i que romanen la superfície de macròfags SCS, de les cèl·lules Blimp-1neg, que són més mòbils.

La seqüenciació d’ARN

La seqüenciació monocel·lular d’ARN ens dóna les dades del transcriptoma d’una única cèl·lula. Moran et al. han fet aquest experiment per a un total de 142 cèl·lules B SWHEL obtingudes 5 dies després de la reinoculació de l’antigen. D’aquestes 142 cèl·lules, se n’obtingueren transcriptomes de 122. En total, detecten 8190 gens d’expressió diferencial, la qual cosa permet classificar-los en tres poblacions:
– la població 1 es caracteritza per l’expressió de gens relacionats amb la hipermutació somàtica, la divisió cel·lular i la mitosi.
– la població 2 es caracteritza per l’expressió de gens relacions amb l’estrès de reticle endoplasmàtic i la secrecció d’anticossos.
– la població 3 es caracteritza per l’expressió de gens associats al tràfic cel·lular dins del fol·licle limfàtic.

Aquestes dades d’ARN coincideixen amb les dades de la microscopia intravital. Així, en l’SPF trobem cèl·lules plasmàtiques (població 2), MBCs (població 3) i cèl·lules B de centre germinal (població 1)

A partir de les dades d’ARN, Moran et al. poden dissenyar un protocol de citometria de flux per caracteritzar millor les tres poblacions:
– la població 1 són cèl·lules CD38lo, amb un baix contingut d’immunoglobulina i que són positives per a Bcl-6.
– la població 2 són cèl·lules CD38int, amb un contingut intermedi d’immunoglobulina i que són negatives per a Bcl-6.
– la població 3 són cèl·lules CD38hi, amb un alt contingut d’immunoglobulina intracel·lular i que són negatives per a Bcl-6.

La supervivència de les cèl·lules de SPF en absència de senyalització per BCR

Emprant cèl·lules B SWHEL que porten els al·lels H2-Ab1fl/fl.Cd79a.CreERT2, Moran et al. poden induir la deleció de l’MHCII de les MBCs si administren tamoxifè als ratolins transferits 7 dies abans de la reinoculació amb HEL. En aquest cas, totes les poblacions cel·lules dels SPF es veuen reduïdes. Això indica la necessitat d’interacció amb cèl·lules TH a través del receptor BCR. De totes maneres, aquesta interacció no és imprescindible per a la supervivència de MBCs en els SPF. Experiments de Moran et al. amb ibrutinib confirmen aquesta idea.

SPF en ganglis limfàtics humans

Tota aquesta llista d’experiments s’han fet en ratolins. Moran et al., però, investiguen a més si els SPF són també presents en ganglis limfàtics humans. Així, analitzen seccions seriades de ganglis limfàtics inflamats procedents de biòpsies humanes de tres pacients. Hi detecten efectivament cúmuls de cèl·lules plasmàtiques CD138+ en la regió subcapsular, que es troben en contacte amb macròfags SCS CD169+.

Moran et al. afirmen que aquesta troballa dels SPF forneix un mecanisme per explicar la ràpida cinètica de la resposta secundària d’anticossos. És aquesta ràpida secreció d’anticossos la que protegeix l’hoste d’una nova infecció. Així, doncs, en els SPFs on rau la memòria de les cèl·lules B.

Lligams:

Memory B cells are reactivated in subcapsular proliferative foci of lymph nodes. Imogen Moran, Akira Nguyen, Weng Hua Khoo, Danyal Butt, Katherine Bourne, Clara Young, Jana R. Hermes, Maté Biro, Gary Gracie, Cindy S. Ma, C. Mee Ling Munier, Fabio Luciani, John Zaunders, Andrew Parker, Anthony D. Kelleher, Stuart G. Tangye, Peter I. Croucher, Robert Brink, Mark N. Read, Tri Giang Phan. Nature Communications 9: 3372 (2018)

Publicat dins de 4. L'Animal | Envia un comentari

El genoma de Denisova 11: dona de fa 90.000 anys de mare denisovana i de pare neandertal

Paleogenètica: L’estudi de l’ADN antic ofereix una nova finestra per entendre la diversitat humana dels darrers 500.000 anys. Els estudis genètics del grup de Svante Pääbo sobre restes humanes de la Cova de Denisova, el març del 2010, ja ens permetien albirar una diversitat superior, a l’Àsia Central de fa uns 40.000 anys, a la que ens indicarien purament les dades morfològiques. Per exemple, aquests estudis identificaren un llinatge humà que prèviament havia passat desapercebut, i que va rebre el nom de “denisovà”. Des de llavors, hom ha estimat el temps de divergència del llinatge neandertal i denisovà en 390.000 anys. Però com s’estructurava aquesta diversitat genètica? Hi havia creuaments entre llinatges que coexistien en la mateixa zona i en el mateix període? La resposta, segons indiquen les dades genètiques fins ara, és afirmativa. I ho és encara més ara que la revista Nature publica un article encapçalat per Viviane Slon i el mateix Pääbo en el qual s’analitza el genoma de Denisova 11, i que arriba a la conclusió que aquest individu fou filla de pare neandertal i mare denisovana.

La Cova de Denisova, fotografiada en el 2008

Denisova 11

El llinatge denisovà fou identificat originàriament en les restes de Denisova 3. Consistia en la falange d’un dit trobat en la capa 11.2 de la galeria oriental en la campanya d’excavacions de l’equip de Michael Shunkov en el 2008. Fou la seqüenciació completa del genoma mitocondrial la que assenyalava un llinatge prèviament desconegut (Krause et al., 2010). Estudis ulteriors indicaren que pertanyia a una dona, a la que es denomina “dona X”, en tant que “tipus” d’aquest llinatge.

Denisova 11 és un individu identificat a partir d’un fragment ossi de la mostra DC1227 (Brown et al., 2016). Aquesta mostra fou trobada en el 2014, en la capa 12 de la galeria oriental.

En un principi, Denisova 11 fou assignat al llinatge neandertal. No obstant ara, amb una anàlisi més completa, s’evidencia que el seu llinatge matern és denisovà. Ara bé, el llinatge patern sí té característiques neandertals. Cal assenyalar, que tant les característiques genètiques denisovanes com les neandertals detectades en Denisova 11 també són presents en altres individus trobats a la cova.

No és únicament que Denisova 11 sigui el fruit d’una parella “mixta”. La mare de Denisova 11 provindria d’una població denisovana més propera genèticament als neandertals tardans europeus que no pas als neandertals que hom ha trobat en la cova de Denisova, la qual cosa és un indici de fluxos genètics dins de les poblacions neandertals de les Euràsies oriental i occidental escaiguts fa una mica menys de 120.000 anys.

Denisova 11, segons Slon et al., mostra que els creuaments entre els grups genètics hominins del Pleistocè Tardà devia ésser relativament comú.

L’Àsia Central en temps de Denisova 11

Denisova 11 va viure fa 90.000 anys. Hom pot demanar-se fins a quin punt els llinatges dels seus pares eren diferents. Des d’un punt de mira genètic, i centrant-se en l’ADN mitocondrial, els llinatges materns respectius eren ben separats, molt més que no pas ho és qualsevol llinatge mitocondrial dels actualment existents en les poblacions humanes. Però és clar que el llinatge matern és únicament un porció de tots els llinatges que vinculen els individus d’una població.

Les dades genètiques indiquen que Denisova 11 era una dona. Pel gruix de l’os, calculen que ja havia entrat en l’edat adulta (>13 anys).

Denisova 11 mostra clarament que denisovans i neandertals podien creuar-se entre ells i tindre descendència. Això no obstant, l’estudi també indica clarament que els denisovans eren quelcom més que un llinatge matern, i que bo i l’entrada de gens neandertals, les poblacions denisovanes mantenien encara una sèrie de característiques genètiques pròpies. Això podria deure’s a una certa barrera genètica que, encara que no impedís el flux genètic, sí suposés una menor fertilitat dels creuaments.

Algunes de les qüestions sobre la diversitat genètica hominina anterior a l’expansió de l’home anatòmicament modern queden encara obertes. L’addició de més dades genètiques i genòmiques ajudarà a tancar alguns interrogants i a contextualitzar millor les dades actualment disponibles.

Lligams:

The genome of the offspring of a Neanderthal mother and a Denisovan father. Viviane Slon, Fabrizio Mafessoni, Benjamin Vernot, Cesare de Filippo, Steffi Grote, Bence Viola, Mateja Hajdinjak, Stéphane Peyrégne, Sarah Nagel, Samantha Brown, Katerina Douka, Tom Higham, Maxim B. Kozlikin, Michael V. Shunkov, Anatoly P. Derevianko, Janet Kelso, Matthias Meyer, Kay Prüfer & Svante Pääbo. Nature (2018).

Publicat dins de 5. La Intel·ligència | Envia un comentari