Contenidos
Charla «Cómo los macrodatos pueden ayudar a resolver los misterios del cerebro» de TEDMED 2017 en español.
El genetista Steve McCarroll tiene como objetivo elaborar un atlas de todas las células del cuerpo humano para poder entender exactamente cómo funcionan los genes específicos, especialmente en el cerebro. En esta fascinante charla, habla del trabajo de su equipo, parte del cual fue la invención del «Drop-seq», una tecnología que permite a los científicos analizar células individuales a una escala que nunca antes había sido posible. McCarroll explica también que esta investigación podría abrir nuevos caminos en el tratamiento de enfermedades mentales como la esquizofrenia.
- Autor/a de la charla: Steve McCarroll
- Fecha de grabación: 2017-11-01
- Fecha de publicación: 2018-09-04
- Duración de «Cómo los macrodatos pueden ayudar a resolver los misterios del cerebro»: 1042 segundos
Traducción de «Cómo los macrodatos pueden ayudar a resolver los misterios del cerebro» en español.
Hace nueve años, mi hermana notó que tenía bultos en el cuello y en el brazo, y el diagnóstico fue cáncer.
A partir de ese día, empezó a aprovechar los avances de la ciencia en el campo del cáncer.
Cada vez que iba al médico, le medían moléculas específicas que proporcionaban información sobre su progreso y los pasos a seguir.
Cada tanto, aparecían nuevas opciones en medicina.
Todos se daban cuenta de que ella luchaba heroicamente contra una enfermedad biológica.
Esta primavera, comenzó un innovador tratamiento médico como parte de un ensayo clínico.
Ese tratamiento detuvo su cáncer de manera sorprendente.
Adivinen con quién pasaré el Día de Acción de Gracias.
Con mi vivaz hermana, que hace más ejercicio que yo y que, quizá como muchos en esta sala, habla a menudo de esta enfermedad mortal en tiempo pasado.
En el transcurso de la vida o incluso en una década, la ciencia puede cambiar la experiencia de padecer una enfermedad específica.
Pero no todas las enfermedades.
Mi amigo Robert y yo fuimos juntos a la universidad.
Robert era inteligente, pero en el transcurso de los meses su razonamiento empezó a desorganizarse.
Dejó los estudios y comenzó a trabajar en una tienda.
Pero empezó a tener otras dificultades.
Robert se volvió temeroso y retraído.
Al cabo de un año y medio, comenzó a oír voces y a creer que alguien lo seguía.
El diagnóstico médico fue esquizofrenia y le dieron la mejor droga para su caso, una droga que logró acallar esas voces que oía, pero no le devolvió la lucidez ni su conexión con los demás.
Robert luchó por seguir conectado con el mundo del estudio, del trabajo y de los amigos.
Se distanció, y hoy no sé dónde buscarlo.
Si él me está viendo, espero que venga a mi encuentro.
¿Cómo es posible que la medicina tenga tanto para ofrecer a mi hermana, y tan poco que ofrecer a millones de personas como Robert? La necesidad está.
La Organización Mundial de la Salud estima que las enfermedades mentales, como la esquizofrenia, el trastorno bipolar y la depresión aguda, son la primera causa de pérdida de años en la vida y en el trabajo.
Esto se debe, en parte, a que estas enfermedades suelen aparecer en la etapa joven, podría decirse en la flor de la vida, cuando las personas están terminando sus estudios, empiezan a trabajar, forjan relaciones y forman su familia.
Estas enfermedades pueden derivar en suicidio, suelen comprometer la capacidad de trabajar al máximo potencial, y son causa de tantas tragedias difíciles de medir: ruptura de relaciones y conexiones, pérdida de oportunidades para alcanzar sueños e ideales.
Estas enfermedades limitan las posibilidades humanas de una manera imposible de medir.
Esta era está marcada por profundos avances de la medicina en muchos otros ámbitos.
El cáncer de mi hermana es un buen ejemplo, y lo mismo ocurre con las enfermedades cardíacas.
Drogas como la estatina podrán prevenir millones de ataques cardíacos e infartos.
Si analizamos este enorme progreso de la medicina en estas áreas, notaremos que tienen una narrativa común.
Los científicos descubrieron moléculas relacionadas con una enfermedad, encontraron la forma de detectar y medir esas moléculas en el organismo, y buscaron la manera de interferir con esas moléculas usando otras moléculas: los medicamentos.
Esta estrategia siempre dio buenos resultados, una y otra vez.
Pero en el caso del cerebro, esa estrategia se vio limitada, porque actualmente aún no se sabe lo suficiente sobre el funcionamiento del cerebro.
Necesitamos saber qué células se relacionan con cada enfermedad, y qué moléculas de esas células se relacionan con cada enfermedad.
De esto quiero hablarles hoy.
Mi laboratorio desarrolla tecnologías para poder transformar el cerebro en un problema de macrodatos.
Antes de ser biólogo, trabajé en el área de la computación y la matemática, donde aprendí la siguiente lección: si en un área podemos recolectar una gran cantidad de datos adecuados sobre el funcionamiento de un sistema, podemos usar la computadora de manera novedosa y efectiva para entender ese sistema y estudiar cómo funciona.
Actualmente, el uso de macrodatos está transformando grandes sectores de la economía, y lo mismo podría hacerse con la biología y la medicina.
Pero es necesario que los datos sean los correctos, los que se precisan.
Y para lograrlo se requieren nuevas tecnologías e ideas.
Esta es la misión que motiva a los científicos de mi laboratorio.
Quiero contarles dos historias breves sobre nuestro trabajo.
Un gran obstáculo que debemos superar para transformar el cerebro en un problema de macrodatos es que el cerebro se compone de miles de millones de células.
Y nuestras células no son generalistas, sino especialistas.
Igual que las personas en su trabajo, se especializan en miles de distintas profesiones celulares, o tipos de células.
De hecho, cada tipo de célula del cuerpo bien podría dar una entretenida charla TED sobre su trabajo.
Pero los científicos aún ignoramos al día de hoy cuántos tipos de células hay, y tampoco sabemos cuál sería el título de esas charlas.
Ahora bien, hay muchas cosas que sí sabemos sobre los tipos de células.
Pueden diferir notablemente en forma y tamaño.
Una molécula puede reaccionar ante una y no ante otra, formar moléculas distintas.
Pero la ciencia ha hecho investigaciones ‘ad hoc’, un tipo de células a la vez, una molécula a la vez.
Quisimos estudiar todo esto de manera rápida y sistemática.
Hasta hace poco, si se quería hacer un inventario de todas las moléculas de una parte del cerebro o de cualquier otro órgano, primero había que licuarlo como si fuera una especie de batido celular.
Pero había un problema: cuando se trituran las células, solo se puede estudiar el contenido de la célula promedio, no de las células individuales.
Imaginemos que queremos saber cómo funciona una gran ciudad como Nueva York, pero solo es posible analizando las estadísticas sobre el ciudadano promedio de la ciudad.
Es obvio que no obtendremos gran información, porque lo interesante, lo importante, lo apasionante está en la diversidad y en los rasgos especiales.
Lo mismo ocurre con las células del cuerpo.
Nuestra idea era estudiar el cerebro, no como un batido celular, sino como una ensalada de frutas celular y, a partir de allí, generar datos sobre cada trozo de fruta por separado y hacer investigaciones de ese modo.
Para eso, desarrollamos una tecnología.
Les mostraré una animación.
Aquí vemos cómo encapsulamos decenas de miles de células individuales, cada una dentro de su propia gota para hacer el análisis molecular de cada una.
Cuando una célula cae en una gota, es recibida por una microesfera, que libera millones de moléculas de ADN con códigos de barras.
Cada microesfera libera una secuencia distinta de códigos de barras para una célula distinta.
Incorporamos los códigos de barras de ADN a las moléculas de ARN de cada célula.
Estos son los transcriptores moleculares de los genes específicos utilizados para hacer su trabajo.
Y luego secuenciamos miles de millones de estas moléculas combinadas y usamos las secuencias para saber de qué célula y de qué gen procedía cada molécula.
A esta técnica la llamamos «Drop-seq», porque se usan gotas para separar las células y así poder analizarlas, y usamos secuencias de ADN para etiquetar, hacer inventario y seguimiento del proceso.
Ahora, cada vez que hacemos un experimento, analizamos decenas de miles de células individuales.
Actualmente, en este campo de la ciencia es cada vez mayor el desafío para aprender más en el menor tiempo posible a partir de estos conjuntos de macrodatos.
Cuando estábamos desarrollando el Drop-seq, la gente nos decía: «Esto los transformará en referentes de todo gran proyecto sobre el cerebro».
Pero no es así como lo veíamos nosotros.
La ciencia funciona mejor cuando se genera una gran cantidad de datos importantes.
Por eso escribimos un libro de instrucciones de 25 páginas para que cualquier científico pueda construir su propio sistema Drop-seq desde cero.
Esas instrucciones fueron descargadas del sitio web del laboratorio 50 000 veces en los últimos dos años.
Desarrollamos un programa para que cualquier científico pueda analizar los datos obtenidos con el Drop-seq.
Ese programa también es gratuito, y tuvo 30 000 descargas en el mismo período.
A partir de entonces, cientos de laboratorios nos escribieron para contarnos de sus descubrimientos mediante esta técnica.
Hoy, esta tecnología se usa para elaborar un atlas de células humanas.
Sería un atlas de todos los tipos de células del cuerpo humano y de los genes específicos usados por cada tipo de célula para hacer su tarea.
Les contaré ahora del segundo desafío que enfrentamos para transformar el cerebro en un problema de macrodatos.
El desafío es que queremos obtener información del cerebro de cientos de miles de personas vivas.
Pero no se puede acceder físicamente al cerebro de una persona viva.
¿Cómo podríamos identificar factores moleculares si no podemos tomar las moléculas? Una respuesta es que las moléculas con más información, las proteínas, están codificadas en nuestro ADN, que contiene las recetas que las células siguen para fabricar todas las proteínas.
Y estas recetas varían de una persona a otra, de tal modo que las proteínas también varían de una persona a otra en cuanto a su secuencia precisa y a lo que cada tipo de célula interpreta de cada proteína.
Todo está codificado en el ADN, y tiene que ver con la genética, pero no la genética que se enseña en la escuela.
¿Se acuerdan de los genes recesivos y dominantes? Si heredamos el dominante tendremos ojos marrones.
Es simple.
Muy pocos rasgos son tan simples.
Aun el color de los ojos depende de mucho más que tan solo la molécula de un pigmento.
Y algo tan complejo como el funcionamiento del cerebro humano depende de la interacción de miles de genes.
Y cada uno de estos genes varía significativamente de una persona a otra, y cada uno de nosotros es una combinación única de esa variación.
Es una gran oportunidad para reunir macrodatos.
Y actualmente es cada vez más factible avanzar en este tema a una escala que antes nunca fue posible.
La gente está contribuyendo con el estudio de la genética en cifras sin precedentes.
Y los científicos de todo el mundo se están intercambiando datos para avanzar más rápido.
Les contaré una breve historia sobre un descubrimiento que acabamos de hacer sobre la genética de la esquizofrenia.
Fue posible con la colaboración de 50 000 personas de 30 países, que dieron su ADN para la investigación genética de la esquizofrenia.
Durante muchos años se supo que la mayor influencia del genoma humano en el riesgo de esquizofrenia está en una parte del genoma que codifica muchas de las moléculas de nuestro sistema inmunológico.
Pero no se sabía a ciencia cierta qué gen era el responsable.
Un científico de mi laboratorio creó una nueva forma de analizar el ADN con computadoras, y descubrió algo increíble.
Vio que un gen llamado «componente 4 del complemento», o C4 en su forma abreviada, se manifiesta de varias maneras distintas en el genoma de diferentes personas, y estas maneras distintas fabrican distintas cantidades de proteínas C4 en el cerebro.
Y descubrió que cuantas más proteínas C4 fabrican nuestros genes, mayor es el riesgo de padecer esquizofrenia.
Ahora bien, el C4 no es más que un factor de riesgo dentro de un complejo sistema.
No es un carácter dominante, sino la posibilidad de conocer una molécula importante.
Las proteínas del complemento como la C4 fueron conocidas durante mucho tiempo por su función en el sistema inmunológico, donde actúan como una especie de nota recordatoria que dice: «Cómanme».
Y esa notita aparece en una gran cantidad de desechos y células muertas del cuerpo, e invita a las células inmunes a eliminarlas.
Pero dos colegas descubrieron que ese recordatorio de la C4 también aparece en las sinapsis del cerebro e induce a que se las elimine.
Ahora bien, la creación y eliminación de las sinapsis es parte normal del desarrollo y aprendizaje del ser humano.
Nuestro cerebro crea y elimina sinapsis todo el tiempo.
Pero los resultados genéticos obtenidos sugieren que, en la esquizofrenia, el proceso de eliminación podría acelerarse demasiado.
Científicos de empresas farmacéuticas han mostrado gran interés en este descubrimiento, porque durante años han investigado las proteínas del complemento en el sistema inmunológico, y han aprendido mucho sobre su funcionamiento.
También desarrollaron moléculas que interfieren con estas proteínas, y están empezando a probarlas en el cerebro y en el sistema inmunitario.
Es una vía potencial para crear una droga que actúe sobre la causa original y no sobre un síntoma individual.
Y tenemos la esperanza de que este trabajo realizado por tantos científicos a lo largo de muchos años, rinda sus frutos con el tiempo.
Pero la C4 es solo un ejemplo del potencial de las técnicas científicas basadas en datos para abrir nuevos frentes en relación a problemas médicos que existen desde hace siglos.
Hay cientos de sitios en nuestro genoma que definen el riesgo de padecer enfermedades cerebrales, y cualquiera de esos sitios puede ayudarnos a conocer el funcionamiento de otra molécula importante.
Hay cientos de tipos celulares que usan estos genes en distintas combinaciones.
Y a medida que los científicos avanzamos para generar el resto de los datos necesarios y obtener la mayor información a partir de esos datos, tenemos la expectativa de abrir muchos nuevos frentes.
La genética y el análisis de células individuales son solo dos maneras de hacer que el cerebro sea un problema de macrodatos.
Hay mucho más por hacer.
Los científicos de mi laboratorio están desarrollando una tecnología para mapear rápidamente las conexiones sinápticas del cerebro y así identificar qué neuronas dialogan con cuáles otras y descubrir cómo ese diálogo va cambiando en el curso de la vida y la enfermedad.
Y estamos desarrollando una forma de estudiar en un solo tubo de ensayo cómo células con cientos de distintos genomas humanos reaccionan de manera distinta al mismo estímulo.
Estos proyectos reúnen a personas de distinto origen, nivel de educación e intereses: biología, computación, química, matemática, estadística, ingeniería.
Pero las posibilidades científicas reúnen personas de intereses disímiles para trabajar activamente y en conjunto.
¿Cuál es el futuro que queremos construir? Tomemos el cáncer.
Pasamos de ignorar las causas del cáncer, que antes se atribuía a rasgos psicológicos del individuo, al conocimiento avanzado de las moléculas, que permitió conocer las causas biológicas verdaderas del cáncer.
Ese conocimiento es lo que hoy da lugar a una medicina innovadora que lo es cada vez más, y si bien aún queda mucho por investigar, ya hay personas que se han curado de cánceres para los cuales no había tratamiento en la generación anterior.
Y así, millones de personas que han sobrevivido al cáncer, como mi hermana, disfrutan de más años de vida que nunca habrían imaginado y de nuevas oportunidades para trabajar, ser felices y conectarse con los demás.
Este es el futuro que pretendemos forjar en torno a las enfermedades mentales, el de la verdadera comprensión, de la empatía y de posibilidades infinitas.
Gracias.
(Aplausos)
https://www.ted.com/talks/steve_mccarroll_how_data_is_helping_us_unravel_the_mysteries_of_the_brain/