•  
 

7. En xarxa

Proteòmica, la història que ens expliquen les proteïnes

Les proteïnes són unes molècules essencials per a la vida. Tenen funcions molt diverses, des de donar consistència a les cèl·lules i teixits o transportar substàncies a l’organisme, fins a funcions defensives, d’emmagatzematge o reguladores. Quan alguna proteïna no fa la seva funció correctament es produeixen desajustos que poden originar malalties.

Sala d’instruments de la Unitat de Proteòmica. Font: © CRG 2019.

La proteòmica és l’àmbit de coneixement que estudia a gran escala les proteïnes i el seu paper en els organismes, i permet comprendre la funció que aquestes molècules exerceixen en la salut i la malaltia. A la Unitat de Proteòmica de la UPF i el Centre de Regulació Genòmica (CRG) treballen per esbrinar exactament quines proteïnes hi ha en una mostra, en quina quantitat, quina funció fan, i quan i on la fan. Eduard Sabidó, cap de la Unitat, explica que “per respondre aquestes qüestions utilitzem l’espectrometria de masses. Aquesta tècnica ens permet mesurar milers de proteïnes d’una cèl·lula, i això ens dóna una visió de conjunt. L’espectrometria de masses és com una balança molecular amb la qual nosaltres pesem les proteïnes. A partir del pes, podem deduir a quines proteïnes correspon. Si estem pesant els membres d’una família i veiem que un dels membres pesa 30 kg, podem deduir que segurament es tracta d’un fill o filla i no pas del pare o la mare. Doncs de la mateixa manera, nosaltres pel pes de les proteïnes podem saber de quines es tracta”.

L’espectrometria de masses és com una balança molecular amb la qual nosaltres pesem les proteïnes. A partir del pes, podem deduir a quines proteïnes correspon

Detall d’un fitxer on s'emmagatzemen les dades de les mostres. Font: © CRG 2019.

La Unitat de Proteòmica està formada per un equip de deu persones amb formacions diverses: biòlegs, químics, físics i bioquímics. Les tècniques que utilitzen requereixen un grup multidisciplinari, on hi hagi persones que, d’una banda, puguin entendre els mecanismes biològics, per poder plantejar les qüestions més adients i que, a més, siguin experts en química analítica i en la física de l’espectròmetre de masses, per poder interpretar correctament els resultats que obtenen.

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

L’espectrometria de masses té molts camps d’aplicació, com per exemple la toxicologia, l’anàlisi d’aigua o els estudis forenses. A la Unitat de Proteòmica se centren principalment en l’aplicació a projectes de biomedicina. Dins d’aquests, fan projectes de recerca bàsica, que permeten respondre preguntes bàsiques sobre els mecanismes d’acció de la cèl·lula o dels organismes en general. Aquests projectes els fan en conjunció amb laboratoris de diferents centres com el Departament de Ciències Experimentals i de la Salut (DCEXS) de la UPF, el CRG o l’Institut Hospital del Mar d’Investigacions Mèdiques (IMIM).

També participen en projectes de biomedicina més aplicada o translacional, en els quals col·laboren amb investigadors d’hospitals de Barcelona com l’Hospital Vall d’Hebron, l’Hospital Germans Trias i Pujol, l’Hospital Clínic, o l’Hospital Sant Joan de Déu. Als hospitals es disposa de mostres de pacients molt ben caracteritzats clínicament, als quals se’ls ha fet un seguiment mèdic durant llargs períodes de temps. Per exemple, tenim informació sobre els símptomes inicials, el diagnòstic d’un càncer, el tractament que han seguit i si ha estat efectiu o no al cap dels anys. “Ara, tornem a analitzar aquestes mostres, les biòpsies que es van obtenir a la primera visita, i ens preguntem si hi ha proteïnes que ens poden ajudar a decidir quin és el tractament que aniria millor per a aquella persona. No és d’aplicació sanitària immediata, però és recerca clínica que ens pot proporcionar informació molt rellevant per millorar el sistema sanitari del futur”, apunta Sabidó.

En paraules de Sabidó, “aquests tipus d’estudis es poden fer ara perquè com a tècnica analítica, la proteòmica ha estat durant molts anys solidificant-se en aplicacions de biomedicina, que han esdevingut rutinàries i molt robustes. Aquest desenvolupament de la tècnica ha permès en els últims anys aplicar-la a nous camps molt prometedors”. En aquesta línia, recentment han fet col·laboracions diverses amb experts de la Universitat d’altres àmbits ben diferents, com són la terminologia i la lingüística, l’arqueologia i la biologia evolutiva. 

La proteòmica ha estat durant molts anys solidificant-se en aplicacions de biomedicina, que han esdevingut rutinàries i molt robustes

Paleoproteòmica, l'estudi de mostres tan antigues que no es poden analitzar a través de l'ADN

Investigadors de l’Institut de Biologia Evolutiva (IBE: CSIC-UPF) i de la Unitat de Proteòmica estan aplicant la proteòmica per estudiar l’evolució dels homínids. Gràcies a la resistència i l’elevat grau de conservació d’algunes proteïnes, la seva anàlisi permet estudiar mostres molt antigues que no podrien analitzar-se amb tècniques de seqüenciació d’ADN. Això succeeix perquè, depenent del tipus de mostra i de jaciment, l’ADN, que és molt més sensible a les condicions ambientals, es troba completament degradat.

Gràcies a la resistència i l’elevat grau de conservació d’algunes proteïnes, la seva anàlisi permet estudiar mostres molt antigues que no podrien analitzar-se amb tècniques de seqüenciació d’ADN

Els investigadors de l’IBE i de la Unitat de Proteòmica han participat en un estudi recentment publicat a Nature liderat per la Universitat de Copenhaguen (Dinamarca), en col·laboració amb el Centre Nacional de Recerca sobre l'Evolució Humana (CENIEH-ICTS) de Burgos. En aquest projecte, mitjançant l’espectrometria de masses, van seqüenciar proteïnes antigues de l'esmalt d’una dent de 800.000 anys d'antiguitat d'Homo antecessor  i van determinar de manera molt precisa la posició d'aquesta espècie en l'arbre genealògic dels homínids. Els seus resultats van donar suport a la idea que l’Homo antecessor era un grup germà del conjunt d'homínids que contenia l’Homo sapiens, Homo neanderthalensis i denissovà.

Segons Tomàs Marquès-Bonet, director de l'IBE i coautor de l'article, "la recuperació de mostres moleculars de fòssils molt antics combinada amb les noves tècniques computacionals ha suposat una revolució en la manera d'entendre la relació d'espècies que ja no estan entre nosaltres. Els propers anys prometen ser fascinants. Comencem tot just ara un projecte Europeu ETN network, Palaeoproteomics to Unleash Studies on Human History (PUSHH) per als pròxims cinc anys, juntament amb molts dels coautors de l’article de diferents institucions rellevants europees; amb l'objectiu de resoldre molecularment els ancestres del gènere Homo i més enllà”.

“Al 1997, els investigadors d'Atapuerca van obrir un debat científic enorme sobre el paper de l'Homo antecessor, i ara l'hem tancat des d'on no es podia somiar en aquella època, des de la paleoproteòmica. Esperem que la mateixa tècnica tanqui molts més debats en el futur", afegeix Carles Lalueza-Fox, investigador principal de l'IBE i coautor de l'article.” 

“La participació en aquest projecte ha sigut molt engrescadora; es tracta d’un camp d’aplicació de la proteòmica molt nou i, personalment, trobo fascinant que puguem analitzar mostres que tenen un milió d’anys i treure’n informació rellevant que pot explicar millor l’origen de la nostra espècie. En aquest projecte hem participat en col·laboració amb investigadors de Dinamarca i d’Alemanya; però, en un futur, ens agradaria poder desenvolupar aquest tipus de projectes des de Barcelona, de manera independent”, explica Cristina Chiva, el membre de la Unitat de Proteòmica que ha estat més implicada en aquest projecte.

L’aplicació de la proteòmica per explorar problemes arqueològics

A partir del projecte de paleoproteòmica, la Unitat de Proteòmica s’ha endinsat en un camp adjacent, l’arqueologia, mitjançant la col·laboració amb investigadors del grup de recerca Culture and Socio-Ecological Dynamics (CaSEs) del Departament d’Humanitats de la UPF. “Estem preparant aquest projecte i valorant el seu potencial; és un bon exemple d’aplicació transversal, que va més enllà de l’àmbit de la biomedicina”, detalla Sabidó.

Marco Madella, professor d’investigació ICREA-UPF i coordinador del grup CaSEs, destaca que “l’ús de la proteòmica està esdevenint molt important en l’arqueologia i hi ha uns quants grups a tot el món que han desenvolupat l’aplicació d’aquesta tècnica per poder explorar problemes arqueològics”.

La col·laboració es desenvoluparà dins el projecte “Modeling the Agricultural Origins of South Asia - ModAgrO", que vol entendre les dinàmiques de l'origen de l'agricultura a la vall del riu Indus i el subseqüent desenvolupament d'una de les primeres civilitzacions urbanes de la prehistòria, la civilització de l'Indus (2600-1900 a.C.), a la zona d’Àsia del Sud, a l’Índia i al Pakistan moderns. Es tracta d'un projecte conjunt entre la Universitat Shah Abdul Latif i la UPF, secundat per la Fundació Palarq.

Segons Madella, “en primer lloc, la proteòmica ens pot ajudar a desvelar, juntament amb l’anatomia òssia, els tipus d’animals que van ser domesticats per la civilització de la vall de l’Indus, i més concretament a entendre la freqüència i la proporció d’ovelles davant de cabres”. Això és important perquè els dos animals utilitzen nínxols ecològics molt diferents i, per tant, poden revelar les estratègies d’ús de la terra i l’impacte ecològic d’aquesta antiga civilització.

la proteòmica aplicada a l’anàlisi de residus de ceràmica pot ajudar a estudiar la cuina de la civilització de l’Indus

En segon lloc, la proteòmica aplicada a l’anàlisi de residus de ceràmica pot ajudar a estudiar la cuina de la civilització de l’Indus, com es processaven els productes agrícoles per produir aliments. Mitjançant l’anàlisi de les restes orgàniques d’estris que s’han trobat en jaciments arqueològics com els atuells, es pot esbrinar quin tipus d’alimentació tenien; per exemple, saber si menjaven blat o prenien llet.

A l’esquerra el lloc arqueològic de Bhando Qubo (2800-1900 BCE), que se situa a la part central de la vall de l'Indus .A la dreta  Ceràmica produïda pels primers grups d’agropastors de l’àrea central de la vall de l’Indus. Font: CaSEs.

La terminologia de la proteòmica

La col·laboració del grup de recerca IULATERM del Departament de Traducció i Ciències del Llenguatge de la UPF i la Unitat de Proteòmica va començar a través de l’assignatura optativa Gestió Terminològica, compartida pels dos graus en Traducció i Interpretació i en Llengües Aplicades. Els seminaris s’organitzen al voltant de projectes de desenvolupament i de transferència de vocabularis multilingües de temes especialitzats. Cada seminari elabora un vocabulari inèdit d’entre 100 i 200 termes, des de la cerca de documents especialitzats, la compilació de corpus, l’extracció de termes, la confecció de fitxes terminològiques i, finalment, l’edició d’un vocabulari electrònic.

En paraules de Mercè Lorente, investigadora principal del grup IULATERM i directora de l’Institut de Lingüística Aplicada (IULA), “durant el curs 2018-19, un dels vocabularis que ens vàrem plantejar fer va ser el de l’àmbit de la bioinformàtica, ja que el centre oficial de terminologia de Catalunya, TERMCAT, ens va suggerir que era un tema que encara no s’havia treballat en profunditat des del punt de vista terminològic”. Decidit això, van veure que la bioinformàtica s’utilitza en l’estudi de dades massives sobre diferents aspectes de la biomedicina –com ara la genòmica, la transcriptòmica, la proteòmica, etc.–. “Com que vàrem comprovar que aquesta disciplina era molt àmplia, vam decidir centrar-nos només en una de les branques associades”, comenta.

 

“Després de fer una cerca, ens va semblar que la proteòmica era un sector que evolucionava molt ràpidament i que no tenia prou recursos terminològics per als estudiants ni per als professionals”, detalla Laia Vidal Sabanés, professora responsable d’aquest vocabulari. Des de la Unitat de Proteòmica, ens ho van confirmar i van acceptar col·laborar. En la primera fase de treball, ens van ajudar en l’elaboració de l’arbre de camp (esquema d’organització conceptual del vocabulari) i en la cerca de bibliografia bàsica. El treball inicial fet pels alumnes es completa amb una revisió metodològica, lingüística i de qualitat lexicogràfica.  

La proteòmica era un sector que evolucionava molt ràpidament i que no tenia prou recursos terminològics

Aquest curs han acabat de revisar la qualitat metodològica i lingüística del vocabulari, i els investigadors de la Unitat de Proteòmica han fet la revisió de la nomenclatura (per si hi trobaven a faltar algun terme) i les definicions (per garantir que reflecteixen els conceptes adientment). “En aquests moments estem introduint les darreres esmenes abans de completar el vocabulari amb la fase final d’edició, i esperem poder fer l’edició del diccionari electrònic quan acabi el confinament”, apunta Mariona Arnau, la tècnica de l’IULA que n’ha fet la revisió.

“Participar en un projecte d’àmbit lingüístic ha suposat un repte i un canvi de xip en la manera de pensar. Hem hagut de definir conceptes que en alguns casos fins i tot no tenien nom en català i, per tant, els hem hagut de crear”, comenta Cristina Chiva.

En aquest marc d’actuació d’interacció entre la docència i els projectes de desenvolupament i transferència, han publicat quatre vocabularis multilingües relacionats amb la biomedicina. En primer lloc, el Vocabulari bàsic del genoma humà (2007), en col·laboració amb la xarxa REALITER. En segon lloc, i vinculat al projecte JUNTS, el Vocabulari de les malalties minoritàries. En tercer lloc, el Vocabulari multilingüe de càncer de mama per a pacients, en col·laboració amb l’Institut Català d’Oncologia (ICO), que es publicarà pròximament. Finalment, un altre vocabulari relacionat amb les ciències de la salut que han fet és el Vocabulari de nutrició pública, en col·laboració amb l’Office Québecois à la Langue Française (OQLF).

Els grans reptes de futur de la proteòmica

Hi ha diversos camps de gran interès biomèdic però que suposen reptes analítics importants. Segons Sabidó: “D’una banda, poder fer un screening rutinari de poblacions grans com en alguns casos ja es fa amb la genòmica. Per això cal processar moltes mostres en poc temps, per analitzar cohorts de milers o desenes de milers de mostres de pacients”.

D’altra banda, poder acostar la proteòmica més clínica al diagnòstic clínic real és un altre desafiament. Ara, la majoria de kits de detecció es fan per a anticossos, i existeixen moltes limitacions quant a la sensibilitat o l’especificitat. “Tot i que aquestes limitacions es podrien superar amb espectrometria de masses, en els hospitals encara no es fa servir aquesta tècnica per analitzar proteïnes. En aquest camp hi ha moltes persones treballant per avançar en aquesta direcció i millorar els assajos i el diagnòstic”, resumeix.

En recerca biomèdica bàsica també és un repte poder analitzar, com també es fa amb genòmica, cèl·lules individuals. Així es podria veure la variabilitat que hi ha dels proteomes de diferents cèl·lules, per exemple d’un tumor, on no totes les cèl·lules són exactament iguals ni es comporten de la mateixa manera.

El Orbitrap Fusion Lumos es uno de los espectrómetros de masas de última generación de los cuales dispone la Unidad de Proteómica. Fuente: © CRG 2019.

 

La importància de la col·laboració entre diferents disciplines

Laia Vidal Sabanés comenta: “Valorem aquesta experiència multidisciplinària molt positivament. Fa molt anys que seguim aquest sistema col·laboratiu en terminologia i considerem que la interacció amb grups d’experts és molt enriquidora per als projectes terminològics. Ens ajuden a introduir-nos en la matèria, ens permeten conèixer, de primera mà, les necessitats de recursos lingüístics que tenen, garanteixen la qualitat dels productes, i, segurament la part més important, són una experiència d’intercanvi personal magnífica.”  

En la Unidad de Proteómica, las muestras se procesan en el laboratorio antes de inyectarlas en los equipos de espectrometría de masas. Fuente: © CRG 2019. e

“A la universitat, en general i també a la nostra, parlem sovint de les bondats de la interdisciplinarietat; però lamentablement no sempre la practiquem. Segur que no som els únics, però creiem que som pioners en aquestes pràctiques i continuem sent-ne defensors convençuts”, afegeix Mercè Lorente.

La col·laboració entre les diferents disciplines del coneixement permet que els diferents camps obtinguin un valor afegit que no podríem assolir d’una altra manera

Respecte a l’arqueologia, Madella emfasitza que “és un àmbit per naturalesa inter- i transdisciplinari, i poder abastar diferents àrees de coneixement és fonamental per a la nostra recerca”. En conclusió, Sabidó apunta: “Trobo que la col·laboració entre les diferents disciplines del coneixement és molt interessant perquè es complementen les unes a les altres. Permet que els diferents camps obtinguin un valor afegit que no podríem assolir d’una altra manera”.