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7. En red

Proteómica, la historia que nos cuentan las proteínas

Las proteínas son unas moléculas esenciales para la vida. Tienen funciones muy diversas, desde dar consistencia a las células y tejidos o transportar sustancias en el organismo, hasta funciones defensivas, de almacenamiento o reguladoras. Cuando alguna proteína no hace su función correctamente se producen desajustes que pueden originar enfermedades.

Sala de instrumentos de la Unidad de Proteómica. Fuente: © CRG 2019.

La proteómica es el ámbito de conocimiento que estudia a gran escala las proteínas y su papel en los organismos, y permite comprender la función que estas moléculas ejercen en la salud y la enfermedad. En la Unidad de Proteómica de la UPF y el Centro de Regulación Genómica (CRG) trabajan para averiguar exactamente qué proteínas hay en una muestra, en qué cantidad, qué función hacen, y cuándo y dónde la hacen. Eduard Sabidó, jefe de la unidad, explica que “para responder a estas cuestiones utilizamos la espectrometría de masas. Esta técnica nos permite medir miles de proteínas de una célula y esto nos da una visión de conjunto. La espectrometría de masas es como una balanza molecular con la cual nosotros pesamos las proteínas. A partir del peso, podemos deducir a qué proteínas corresponde. Si estamos pesando a los miembros de una familia y vemos que uno de los miembros pesa 30 kg, podemos deducir que seguramente se trata de un hijo o hija y no del padre o la madre. Pues del mismo modo nosotros por el peso de las proteínas podemos saber de cuáles se trata”.

La espectrometría de masas es como una balanza molecular con la cual nosotros pesamos las proteínas. A partir del peso, podemos deducir a qué proteínas corresponde

Detalle de un fichero donde se almacenan los datos de las muestras.  Fuente: © CRG 2019.

La Unidad de Proteómica está formada por un equipo de diez personas con formaciones diversas: biólogos, químicos, físicos y bioquímicos. Las técnicas que utilizan requieren un grupo multidisciplinar, donde haya personas que por un lado puedan entender los mecanismos biológicos, para poder plantear las cuestiones más adecuadas y que, además, sean expertos en química analítica y en la física del espectrómetro de masas, para poder interpretar correctamente los resultados que obtienen.

D’esquerra a dreta: Roger Olivella, Guadalupe Espadas-García, Eva Borràs, Olga Pastor, Cristina Chiva, Eduard Sabidó, Amanda Solé.

La espectrometría de masas tiene muchos campos de aplicación como por ejemplo la toxicología, el análisis de agua o los estudios forenses. A la Unidad de Proteómica se centran principalmente en la aplicación a proyectos de biomedicina. Dentro de estos, hacen proyectos de investigación básica, que permiten responder preguntas básicas sobre los mecanismos de acción de la célula o de los organismos en general. Estos proyectos los hacen en conjunción con laboratorios de diferentes centros, tanto de dentro del Parque de Investigación Biomédica de Barcelona (PRBB), como el Departamento de Ciencias Experimentales y de la Salud (DCEXS) de la UPF, el CRG o el Instituto Hospital de Mar de Investigaciones Médicas (IMIM), como de fuera.

También participan en proyectos de biomedicina más aplicada o translacional, en los cuales colaboran con investigadores de hospitales de Barcelona como el Hospital Vall d’Hebrón, el Hospital Germans Trias i Pujol, el Hospital Clínic o el Hospital San Juan de Dios. En los hospitales se dispone de muestras de pacientes muy bien caracterizados clínicamente, a los cuales se les ha hecho un seguimiento médico durante largos periodos de tiempo. Por ejemplo tenemos información sobre los síntomas iniciales, el diagnóstico de un cáncer, el tratamiento que han seguido y si ha sido efectivo o no a lo largo de los años. “Ahora, volvemos a analizar estas muestras, las biopsias que se obtuvieron en la primera visita, y nos preguntamos si hay proteínas que nos pueden ayudar a decidir cuál es el tratamiento que iría mejor para aquella persona. No es de aplicación sanitaria inmediata pero es investigación clínica que nos puede proporcionar información muy relevante para mejorar el sistema sanitario del futuro”, apunta Sabidó.

En palabras de Sabidó “este tipo de estudios se pueden hacer ahora porque como técnica analítica, la proteómica se ha ido solidificando durando muchos años en aplicaciones de biomedicina, que ya son rutinarias y muy robustas. Este desarrollo de la técnica ha permitido en los últimos años aplicarla a nuevos campos muy prometedores”. En esta línea, recientemente han realizado colaboraciones diversas con expertos de la Universidad de otros ámbitos muy diferentes, como son la Terminología y la Lingüística, la Arqueología y la Biología Evolutiva.

La proteómica se ha ido solidificando durando muchos años en aplicaciones de biomedicina, que ya son rutinarias y muy robustas

Paleoproteómica, el estudio de muestras tan antiguas que no se pueden analizar a través del ADN

Investigadores del Instituto de Biología Evolutiva (IBE, CSIC-UPF) con la Unidad de Proteómica están aplicando la proteómica para estudiar la evolución de los homínidos. Gracias a la resistencia y el elevado grado de conservación de algunas proteínas, su análisis permite estudiar muestras muy antiguas que no podrían analizarse con técnicas de secuenciación de ADN. Esto sucede porque dependiendo del tipo de muestra y de yacimiento, el ADN, que es mucho más sensible a las condiciones ambientales, se encuentra completamente degradado.

Los investigadores del IBE y la Unidad de Proteómica han participado en un estudio recientemente publicado en Nature liderado por la Universidad de Copenhague (Dinamarca), en colaboración con el Centro Nacional de Investigación sobre la Evolución Humana (CENIEH-ICTS) de Burgos. En este proyecto, mediante la espectrometría de masas, secuenciaron proteínas antiguas del esmalte de un diente de 800.000 años de antigüedad de Homo antecesor y determinaron de manera muy precisa la posición de esta especie en el árbol genealógico de los homínidos. Sus resultados apoyaron la idea de que Homo antecesor era un grupo hermano del conjunto de homínidos que contenía a Homo sapiens, Homo neanderthalensis y denisovanos.

Gracias a la resistencia y el elevado grado de conservación de algunas proteínas, su análisis permite estudiar muestras muy antiguas que no podrían analizarse con técnicas de secuenciación de ADN

Según Tomàs Marquès-Bonet, director del IBE y coautor del artículo, "la recuperación de muestras moleculares de fósiles muy antiguos combinada con las nuevas técnicas computacionales ha supuesto una revolución en la manera de entender la relación de especies que ya no están entre nosotros. Los próximos años prometen ser fascinantes. Empezamos justo ahora un proyecto europeo ETN network, Palaeoproteomics tono Unleash Studies donde Human History (PUSHH) para los próximos cinco años junto con muchos de los coautores del artículo de diferentes instituciones relevantes europeas; con el objetivo de resolver a nivel molecular los ancestros del género Homo y más allá”.

“En 1997, los investigadores de Atapuerca abrieron un debate científico enorme sobre el papel de Homo antecesor y ahora lo hemos cerrado desde donde no se podía soñar en aquella época, desde la paleoproteómica. Esperamos que la misma técnica cierre muchos más debates en el futuro", añade Carles Lalueza-Fox, investigador principal del IBE y coautor del artículo.”

“La participación en este proyecto ha sido muy alentadora, se trata de un campo de aplicación de la proteómica muy novedoso y personalmente encuentro fascinante que podamos analizar muestras que tienen un millón de años y sacar información relevante que puede explicar mejor el origen de nuestra especie. En este proyecto hemos participado en colaboración con investigadores de Dinamarca y Alemania pero en un futuro nos gustaría poder desarrollar este tipo de proyectos desde Barcelona de forma independiente”, explica Cristina Chiva, el miembro de la Unidad de Proteómica que ha estado más implicada en este proyecto.

La aplicación de la proteómica para explorar problemas arqueológicos

A partir del proyecto de paleoproteómica, la Unidad de Proteómica se ha adentrado en un campo adyacente, la arqueología, mediante la colaboración con investigadores del Grupo de Investigación Culture and Socio-Ecological Dynamics (CaSEs) de la UPF. “Estamos preparando este proyecto y valorando su potencial, es un buen ejemplo de aplicación transversal, que va más allá del ámbito de la Biomedicina”, detalla Sabidó.

Marco Madella, profesor de investigación ICREA-UPF y coordinador del grupo CaSEs, destaca que “el uso de la proteómica está aconteciendo muy importante en la arqueología y hay unos cuántos grupos en todo el mundo que han desarrollado la aplicación de esta técnica para poder explorar problemas arqueológicos.”

La colaboración se desarrollará dentro del proyecto “Modeling the Agricultural Origins of South Asia - ModAgrO" que quiere entender las dinámicas del origen de la agricultura en el Valle del río Indo y el subsecuente desarrollo de una de las primeras civilizaciones urbanas de la prehistoria, la Civilización del Indo (2600-1900 a. C.), en la zona de Asia del Sur, en la India y Pakistán modernos. Se trata de un proyecto conjunto entre la Shah Abdul Latif University y la UPF secundado por la Fundación Palarq.

Según Madella, “en primer lugar, la proteómica nos puede ayudar a desvelar, junto con la anatomía ósea, los tipos de animales que fueron domesticados por la civilización del valle del Indo, y más concretamente a entender la frecuencia y la proporción de ovejas frente a cabras”. Esto es importante porque los dos animales utilizan nichos ecológicos muy diferentes y, por lo tanto, pueden revelar las estrategias de uso de la tierra y el impacto ecológico de esta antigua civilización.

La proteómica aplicada en el análisis de residuos de cerámica puede ayudar a estudiar la cocina de la civilización del Indus

En segundo lugar, la proteómica aplicada en el análisis de residuos de cerámica puede ayudar a estudiar la cocina de la civilización de Indo, cómo se procesaban los productos agrícolas para producir alimentos. Mediante el análisis de los restos orgánicos de enseres que se han encontrado en yacimientos arqueológicos como las vasijas, se puede averiguar qué tipo de alimentación tenían, por ejemplo saber si comían trigo o tomaban leche.

A la izquierda el sitio arqueológico Bhando Qubo (2800-1900 BCE), que se sitúa en la parte central del Valle del Indo. A la derecha cerámica producida por los primeros grupos de agro-pastores del área central del Valle del Indo. Fuente: CaSEs.

La terminología de la proteómica

La colaboración del grupo de investigación IULATERM de la UPF y la Unidad de Proteómica empezó a través de la asignatura optativa Gestión Terminológica, compartida por los dos grados de Traducción e Interpretación y de Lenguas Aplicadas. Los seminarios se organizan alrededor de proyectos de desarrollo y transferencia de vocabularios multilingües de temas especializados. Cada seminario, elabora un vocabulario inédito de entre 100 y 200 términos, desde la búsqueda de documentos especializados, la compilación de corpus, la extracción de términos, la confección de fichas terminológicas y, finalmente, la edición de un vocabulario electrónico.

En palabras de Mercè Lorente, investigadora principal del grupo IULATERM y directora del Instituto de Lingüística Aplicada (IULA), “durante el curso 2018-19, uno de los vocabularios que nos planteamos hacer fue el del ámbito de la bioinformática, ya que el centro oficial de terminología de Cataluña, TERMCAT, nos sugirió que era un tema que todavía no se había trabajado en profundidad desde el punto de vista terminológico”. Decidido esto, vieron que la bioinformática se utiliza en el estudio de datos masivos sobre diferentes aspectos de la biomedicina —como por ejemplo la genómica, la transcriptómica, la proteómica, etc. “Como comprobamos que esta disciplina era muy amplia, decidimos centrarnos solo en una de las ramas asociadas”, comenta.

 

“Después de hacer una búsqueda, nos pareció que la proteómica era un sector que evolucionaba muy rápidamente y que no tenía suficientes recursos terminológicos para los estudiantes ni para los profesionales”, detalla Laia Vidal Sabanés, profesora responsable de este vocabulario. Desde la Unidad de Proteómica, nos lo confirmaron y aceptaron colaborar. En la primera fase de trabajo, nos ayudaron en la elaboración del árbol de campo (esquema de organización conceptual del vocabulario) y en la búsqueda de bibliografía básica. El trabajo inicial hecho por los alumnos se completa con una revisión metodológica, lingüística y de calidad lexicográfica.

La proteómica era un sector que evolucionaba muy rápidamente y que no tenía suficientes recursos terminológicos

Este curso han acabado de revisar la calidad metodológica y lingüística del vocabulario, y los investigadores de la Unidad de Proteómica han hecho la revisión de la nomenclatura (por si echaban de menos algún término) y las definiciones (para garantizar que reflejan los conceptos adecuadamente). “Ente estos momentos estamos introduciendo las últimas enmiendas antes de completar el vocabulario en la fase final de edición y esperamos poder hacer la edición del diccionario electrónico cuando acabe el confinamiento”, apunta Mariona Arnau, la técnica del IULA que ha hecho la revisión.

“Participar en un proyecto de ámbito lingüístico ha supuesto un reto y un cambio de chip en la manera de pensar. Hemos tenido que definir conceptos que en algunos casos incluso no tenían nombre en catalán y por tanto los hemos tenido que crear”, comenta Cristina Chiva.

En este marco de actuación de interacción entre la docencia y los proyectos de desarrollo y transferencia, han publicado cuatro vocabularios multilingües relacionados con la biomedicina. En primer lugar, el Vocabulario básico del genoma humano (2007), en colaboración con la red REALITER. En segundo lugar, y vinculado al proyecto JUNTS, el Vocabulario de las enfermedades minoritarias. En tercer lugar, el Vocabulario multilingüe de cáncer de mama para pacientes, en colaboración con el Instituto Catalán de Oncología (ICO), que se publicará próximamente. Finalmente, otro vocabulario relacionado con las ciencias de la salud que hemos realizado es el Vocabulario de nutrición pública, en colaboración con el Office Québecois à la Langue Française (OQLF).

Los grandes retos del futuro de la proteómica

Hay varios campos de gran interés biomédico que suponen retos analíticos importantes. Según Sabidó: “Por un lado poder hacer un screening rutinario de poblaciones grandes como en algunos casos ya se hace con la genómica. Para eso hay que procesar muchas muestras en poco tiempo, para analizar cohortes de miles o decenas de miles de muestras de pacientes”.

Por otro lado poder acercar la proteómica más clínica al diagnóstico clínico real es otro desafío. Ahora la mayoría de kits de detección se hacen para anticuerpos, y existen muchas limitaciones en cuanto a la sensibilidad o la especificidad. “A pesar de que estas limitaciones se podrían superar con espectrometría de masas, en los hospitales todavía no se usa esta técnica para el análisis de proteínas. En este campo hay muchas personas trabajando para avanzar en esta dirección y mejorar los ensayos y el diagnóstico”, resume.

En investigación biomédica básica también es un reto poder analizar, como también se hace con la genómica, células individuales. Así se podría ver la variabilidad que hay de los proteomas de diferentes células por ejemplo de un tumor, donde no todas las células son exactamente iguales ni se comportan del mismo modo.

Orbitrap Fusion Lumos, un dels equips d’última generació de la Unitat de Proteòmica. Font: CRG.

 

La importancia de la colaboración entre diferentes disciplinas

Laia Vidal Sabanés comenta: “Valoramos esta experiencia multidisciplinar muy positivamente. Hace muchos años que seguimos este sistema colaborativo en terminología y consideramos que la interacción con grupos de expertos es muy enriquecedora para los proyectos terminológicos. Nos ayudan a introducirnos en la materia, nos permiten conocer, de primera mano, las necesidades de recursos lingüísticos que tienen, garantizan la calidad de los productos, y, seguramente la parte más importante, son una experiencia de intercambio personal magnífica”.

A la Unitat de Proteòmica, les mostres es processen en el laboratori abans d’injectar-les als equips d’espectrometria de masses. Font: CRG.

“En la universidad, en general y también en la nuestra, hablamos a menudo de las bondades de la interdisciplinariedad, pero lamentablemente no siempre la practicamos. Seguro que no somos los únicos, pero creemos que somos pioneros en estas prácticas y continuamos siendo defensores convencidos”, añade Mercè Lorente.

La colaboración entre las diferentes disciplinas del conocimiento es muy interesante porque se complementan las unas a las otras. Permite que los diferentes campos obtengan un valor añadido que no podríamos lograr de otro modo

Respecto a la arqueología, Madella emfatiza que “es un ámbito por naturaleza inter y transdisciplinariio, y poder alcanzar diferentes áreas de conocimiento es fundamental para nuestra investigación”. En conclusión, Sabido apunta: “ Creo que la colaboración entre las diferentes disciplinas del conocimiento es muy interesante porque se complementan las unas a las otras. Permite que los diferentes campos obtengan un valor añadido que no podríamos lograr de otro modo”.