El plasmodio, protozoario causante de la malaria y que se transmite al ser humano a través de la picadura de un mosquito, es conocido hace más de un siglo y se está haciendo cada vez más resistente a los medicamentos clásicos, como la cloroquina. Para desarrollar nuevas terapéuticas químicas, es imprescindible entender los mecanismos que regulan el ciclo de vida del plasmodio. Los investigadores de un equipo del Departamento de Fisiología del Instituto de Biociencias (IB) de la Universidad de São Paulo (USP) encontraron una sólida pista sobre esos mecanismos.
Al estudiar células de cobayos y de humanos infectadas con plasmodios, el equipo – coordinada por la bioquímica Célia Garcia, con la colaboración de la farmacologista Regina Markus – demostró que la hormona melatonina contenida en el hospedador parece ser responsable por la fina sincronía del ciclo de vida del parásito dentro del organismo.
Sincronía sorprendente
El trabajo, que tuvo resonancia en una publicación especializada de la revista inglesa Nature, fue desarrollado en el proyecto temático Biología Celular y Molecular del Plasmodium: Aspectos Comparativos de Estudio de la Transducción de Señal en la Relación Parásito-Hospedador, financiado por la FAPESP. Ese organismo unicelular del género Plasmodium se aloja en las glándulas salivales del mosquito Anófeles y penetra en el organismo a través de la picadura del insecto. Dentro del hospedador – además de al hombre, el parásito infecta a otros mamíferos, aves y anfibios -, el plasmodio se dirige a las células del hígado y después a los hematíes o eritrocitos, los glóbulos rojos de la sangre.
Es precisamente dentro de los hematíes donde el protozoo revela una peculiaridad de su ciclo de vida que dificulta mucho el control de la infección. Obedeciendo a una delicada sincronía, los parásitos, prácticamente todos al mismo tiempo, maduran, se multiplican, atacan y rompen la membrana de la célula infectada, abriendoasí el camino para ganar simultáneamente el torrente sanguíneo einvadir células aún sanas.
Era necesario develar el mecanismo que rige el avance orquestado de los plasmodios, llegar a un descubrimiento que ayudara en el desarrollo de remedios más eficaces contra la malaria, enfermedad que mata a un millón de personas por año en el mundo. Allí surge la buena noticia de la investigación del equipo. Por medio de estudios con células de ratones y de humanos infectadas con plasmodios, el equipo mostró la relación entre la cantidad de hormonas de melatonina presentes en las células y la sincronía verificada en todas las fases del ciclo de vida del parásito.
Contraataque
La melatonina es una hormona producida durante la noche por la glándula pineal, en un ritmo circadiano, es decir, cada 24 horas. Ya se sabía que esa hormona sincroniza diversas funciones de los sistemas inmunológico, nervioso y endocrino. Pero se descubrió aún más: “Tanto in vitro como in vivo, la melatonina es capaz de modular el ciclo del parásito. Dimos un paso al frente para develar la regulación del sincronismo del plasmodio en las células del hospedador. Fuimos pioneros en eso” – asegura Célia, graduada en Química en la Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ), donde hizo su maestría y su doctorado. Su investigación ganó las páginas de la edición de julio de Nature Cell Biology, una de las publicaciones de la renombrada revista científica inglesa Nature.
El equipo también verificó que la sincronía del ataque del parásito puede romperse si el ritmo de producción de la melatonina se altera, cosa que, en teoría, deja la infección más vulnerable y fácil de derrotar. Cuando se impidió la secreción de esa hormona en cobayos -por medio de la extirpación de su glándula pineal – o les fueron suminstradas drogas que le impiden al parásito detectar la presencia de melatonina, el ciclo de vida del protozoario fue totalmente alterado.
Acción bioquímica
En líneas generales, se puede decir que el aumento de la concentración de melatonina en el hospedador hace que los plasmodios que invadieron hematíes evolucionen simultáneamente desde sus estadios iniciales, denominados anillo y trofozoito, hasta el estadio más avanzado, el esquizonte. Al final de dicho estadio, tras haberse reproducido asexuadamente, los parásitos hacen estallar la célula hospedadora, entran al torrente sanguíneo y reinician el proceso de infección. Cuando pasa de la fase de trofozoito a la de esquizonte, cada parásito genera entre 18 y 35 nuevos plasmodios dentro del glóbulo invadido: ese pelotón se encargará de destruirlo.
Según el modelo propuesto, se cree que la membrana plasmática del parásito está dotada de un receptor de melatonina que, al entrar en contacto con dicha hormona del hospedador promueve una serie de reacciones químicas. El equipo ya había demostrado que el plasmodio está dotado de un equipamiento para la señalización con calcio similar al de organismos superiores, de modo tal que bien podría usar el calcio como señalizador de sus procesos celulares. Usando indicadores fluorescentes que permiten la cuantificación del ion calcio, se demostró que la melatonina es capaz de provocar la liberación del calcio contenido en los depósitos intracelulares del protozoo.
El calcio es extremadamente importante, pues determina diversos procesos, especialmente la división celular. Ergo, como la melatonina del hospedador activa la liberación de calcio dentro de lacélula del parásito, dicho calcio puede activar el proceso que provoca la maduración y la multiplicación celular del propio plasmodio.
Para arribar a estas conclusiones, las investigadoras realizaron experimentos in vivo con cobayos e in vitro con cultivos celulares de roedores y de humanos. Primero adicionaron melatonina a un cultivo de células de ratones de la especie denominada Balb/C infectados con Plasmodium chabaudi, el protozoario de la malaria que infecta ese animal. Diecisiete horas más tarde, verificaron que hubo un aumento del número de hematíes invadidos por parásitos proporcional a la cantidad de hormona inyectada. Ese resultado indicaba que la melatonina acelera la reproducción del parásito.
Aceleración
Para comprobar que la melatonina realmente acelera la infección, el equipo efectuó un experimento similar en un cultivo de células humanas. Contaminado con el Plasmodium falciparum – la especie del parásito de la malaria que ataca más comúnmente al hombre -, dicho cultivo también recibió dosis graduales de melatonina. Paralelamente, se mantuvo como grupo de control un cultivo de hematíes humanos contaminados con la misma especie de plasmodio, pero sin someterla a dosis de melatonina.
El resultado fue exactamente el que se esperaba: pasadas 24 horas desde que empezó el tratamiento con melatonina, los hematíes infectados con Plasmodium falciparum tenían una cantidad mucho mayor de parásitos en el estadio final de esquizonte que los del grupo de control, prueba de que la melatonina había acelerado el desarrollo del parásito en los hematíes.
Sin embargo, en ambos grupos el número de células infectadas del hospedador permanecía idéntico que antes de iniciar el experimento, lo que puede parecer extraño, pero también era esperado. Es que no hubo tiempo para que ese número se altere, pues el ciclo de vida del Plasmodim falciparum dentro de los hematíes es de 48 horas, 16 horas en la fase de anillo, 20 en la de trofozoito y 12 en la de esquizonte. Esto quiere decir que esa especie de parásito necesita dos días para pasar por las tres fases -desarrollo, maduración y multiplicación- antes de romper el eritrocito invadido y estar apto para atacar nuevas células. “El ciclo de vida de todos los plasmodios es siempre un múltiplo de 24 horas”, añade Célia.
Después de reunir evidencias de que la hormona melatonina dictaba el ritmo de maduración del parásito en cultivos de laboratorio, los investigadores dieron inicio a los experimentos in vivo con ratas. El objetivo era determinar si la ausencia de producción de melatonina por parte del hospedador o de percepción de la misma por parte del parásito también tendría alguna repercusión sobre el ciclo de desarrollo de la malaria.
Entonces retiraron la glándula pineal -lo que paraliza toda la producción de la hormona- de roedores de la especie Balb/C y los infectaron con una población de Plasmodium chabaudi, cuyo ciclo de vida en el hospedador es de 24 horas. Setenta y dos horas después del inicio de la infección, la cantidad de parásitos en el estadio inicial de anillo era dos veces mayor en los cobayos que no producían melatonina que en los del grupo de control, que mantenían su glándula pineal. También se verificó que la cantidad de parásitos en la fase de trofozoito era mucho menor en los animales incapaces de secretar la hormona que en la del grupo de control. Osea que, sin la melatonina delhospedador, el ciclo del parásito perdía la sincronía.
Hicieron un estudio más en el que cual modificaron el enfoque del hospedador hacia parásito. Trabajando con dos especies de ratas, Balb/C y C3H, inyectaron en ellas la droga luzindole – un inhibidor de receptores de melatonina – y, al mismo tiempo, los infectaron con Plasmodium chabaudi. De manera general, el inhibidor reduce la capacidad del parásito para identificar la melatonina del hospedador y reaccionar frente a ella, lo que altera todo el proceso químico que comanda sus mudanzas de estadio y su división celular. En esa situación, el hospedador continúa produciendo normalmente la melatonina, pero el parásito no logra notarla completamente.
El resultado del experimento fue similar al realizado con los animales de los cuales se extrajo la glándula pineal: más anillos y menos trofozoitos en los roedores que recibieron la dosis de luzindole que en el grupo de control. El más reciente frente de investigación de Célia Garcia es el ciclo del parásito de la malaria en lagartos. El motivo: la mitad de las cerca de 170 especies de plasmodios existentes infecta lagartos que, extrañamente, tienen un bajísimo índice de mortalidad derivada de esa infección.
¿Por qué los lagartos resisten tan bien a los plasmodios? Los investigadores procuran la respuesta estudiando el ciclo de vida de los parásitos dentro del organismo de esos reptiles. Eso puede indicar algún camino en el sentido de evitar la letalidad de la malaria en otras especies, en especial en el hombre. Hay dos especies de lagartos de la Amazonia que ya están estudiándose en los laboratorios de Biociencias de la USP: Ameiva ameiva y el Tupinambis meriane.
El verdugo de los trópicos
La malaria causa fiebre alta a intervalos regulares, más o menos cada 24 horas, momento en el que los parásitos rompen los hematíes infectados y ganan nuevamente el torrente sanguíneo para invadir otros glóbulos rojos. Otros síntomas son vómitos y dolores de cabeza y en las articulaciones. Los casos más graves evolucionan hasta el estado de coma y la muerte. No existen vacunas aprobadas por la comunidad científica – algunas están siendo probadas -, pero aunque a veces resiste a los medicamentos, la infección puede controlarse si se la trata rápida y adecuadamente.
Con todo, los números siguen impresionando. El flagelo de la malaria mata a entre dos y tres millones de personas por año en el mundo, sobre todo niños-se estima que un niño muere víctima de la malaria cada 30 segundos, casi tres mil por día.
Manteniendo el círculo vicioso, el mosquito transmisor Anófeles pica a 300 y 500 millones de personas por año e inyecta en ellas el protozoo plasmodio que provoca el mal en nuevas víctimas. De cada diez casos, nueve se producen en la porción de África ubicada abajo del Sahara. De los restantes, seis países concentran dos tercios, entre ellos Brasil. Y se calcula que cerca del 40% de la población mundial vive en áreas bajo riesgo de transmisión. Para la Organización Mundial de la Salud, la malaria es la enfermedad tropical más grave ocasionada por un parásito.
Últimos resultados
Denominada por muchos como la “reina de las enfermedades” por sus altos índices de incidencia y mortalidad, la malaria continua desafiando al mundo. Para enfrentarla en Brasil, cerca de 300 especialistas participaron, entre los días 26 y 29 de noviembre, en Rio de Janeiro, de la 7ª Reunión Nacional de Investigación en Malaria. El encuentro -que contó con el apoyo de la FAPESP para la financiación de viajes de investigadores – trajo los últimos resultados en las áreas de vacunas, diagnóstico, control de la transmisión y datos nacionales.
El tema principal fue el recrudecimiento de la enfermedad en la Amazonia, especialmente en áreas de garimpo (búsqueda de piedras y metales preciosos) y asentamientos rurales. La tendencia de crecimiento preocupa: según la Fundación Nacional de Salud, fueron 405 mil casos en 1997 y un récord de 632 mil en 1999, un 34% más que en el año anterior. Este último año, el 99% de los casos se dieron en la Amazonia. Los estados de Amazonas y Pará concentran el 66% de las víctimas, pero Acre y Maranhão tuvieron en 99 los mayores porcentajes de aumento anual: 143% y 87%, respectivamente.
La proliferación de garimpos, la extracción de madera, la construcción de diques y los asentamientos rurales fueron indicados como los principales motivos del aumento en la Amazonia. “El desplazamiento de personas hacia la región y la ocupación desordenada del espacio, principalmente en las últimas tres décadas, hizo que la situación empeorara”, dijo Wilson Alecrim, de la Fundación de Medicina Tropical de Amazonas. El traslado de parte de la población desde las zonas rurales hacia las ciudades también agrava la situación. “Los problemas sociales determinan el aumento de la malaria en la Amazonia”, agrega Alecrim.
Un grupo de la Universidad Federal de São Paulo (Unifesp), coordinado por el inmunólogo Maurício Rodrigues, estudia la acción inmunizadora de la proteína MSP 1 del Plasmodium vivax, la especie más común del parásito causante de la malaria en Brasil. En tests con cobayos, la proteína fue capaz de estimular una respuesta inmunológica de hasta el 90% entre los animales infectados.”Los resultados nos llevan a pensar en desarrollar una vacuna”, reveló Rodrigues. En 2001 comienzan los tests de la proteína en monos saimiris en el Centro Nacional de Primates de Belém (Pará). “Vamos a verificar la respuesta inmunológica en esos monos, en los cuales podemos reproducir la malaria ocasionada por el vivax, pues son animales cercanos al hombre”, explica.
Mosquito transgénico
El desarrollo de un mosquito resistente a infecciones causadas por parásitos es una alternativa. La fisióloga de insectos Margareth Capurro, de la Unifesp, explicó que el objetivo de la investigación es introducir en el mosquito transmisor de la malaria – el Anófeles – un gen que interfiera en el desarrollo del plasmodio. Así, el mosquito se convertiría en un mal transmisor de la malaria o dejaría de transmitirla, rompiendo de ese modo el ciclo de la enfermedad.
“Estamos estudiando el bloqueo del parásito en las glándulas salivales de los mosquitos”, dijo Capurro. Ella destacó algunos desafíos para llegar al mosquito transgénico: liberar ese insecto en la naturaleza con seguridad y hacer que se torne dominante, de manera que pase sus nuevos genes a las poblaciones salvajes de Anófeles. Denise Vale, de la Fundación Oswaldo Cruz, también estudia el bloqueo del parásito en el tubo digestivo del mosquito.
Edmund Christian, de la Organización Panamericana de la Salud (OPS), recordó que las paredes de las casas de adobe y materiales precarios de las regiones endémicas de la enfermedad absorben muchas veces los insecticidas usados para controlar el mosquito, reduciendo su eficacia. Christian cree que “es necesario probar otras fórmulas de insecticida para aumentar la eficacia”. También mencionó alternativas de prevención, como un jabón con compuestos repelentes contra los transmisores de la malaria que está siendo probado en Colombia y Venezuela.
Respecto a los métodos de diagnóstico, Cor Jésus Fontes, de la Universidad Federal de Mato Grosso, cree que es preciso mejorar los kits de diagnóstico, hacerlos más modernos y baratos. Fontes analizó muestras de sangre de 630 habitantes del estado y descubrió que los métodos actuales tienen una tasa de detección del 80% para el Plasmodium falciparum – especie vinculada al mayor número de casos graves y de mortalidad -, índice considerado insuficiente.
Plan de ataque
Pese a todo, la mortandad causada por la enfermedad en Brasil disminuyó mucho: según la Fundación Nacional de Salud, cerca de 150 personas murieron de malaria en 1998, cinco veces menos que en el inicio de los años 90. Y en la reunión nacional se evaluó que el aumento de la incidencia puede ser revertido a partir de 2001, con la instrumentación del Plan de Intensificación del Control de la Malaria por parte del gobierno federal. La capacitación del personal y la adquisición de microscopios para el diagnóstico están dentro de las estrategias del plan, que invertirá 145 millones de reales en los próximos años para reducir en un 50% la incidencia de la malaria en la Amazonia.
EL PROYECTO
Biología Celular y Molecular del Plasmodium: Aspectos Comparativosdel Estudo de la Transducción de Señalen la Relación Parásito-Hospedador
Modalidad
Proyecto temático
Coordinadora
Célia Regina da Silva Garcia – Instituto de Biociencias (IB) de la Universidad de São Paulo (USP)
Inversión
R$ 220.000,00
