CNRI/ SCIENCE PHOTO LIBRARYContención transitoria: bacilo de la tuberculosis engullido por un macrófagoCNRI/ SCIENCE PHOTO LIBRARY
En un freezer con temperaturas bastante bajas, a 70 grados bajo cero, se guardan muestras congeladas del microorganismo causante de una de las enfermedades más antiguas de las que tiene registro la humanidad, la tuberculosis. Está cerrado con llave en una sala de acceso restringido en la Universidad Estadual del Norte Fluminense (Uenf), en la localidad de Campos, estado de Río de Janeiro, y alberga decenas de tubos con bacterias de la tuberculosis recogidas en diferentes regiones de Brasil y en otros países, algunas de ellas clasificadas como de las más agresivas, y en expansión en ciertas regiones del mundo. El acceso a ese sector del laboratorio de bioseguridad de la Uenf está rigurosamente controlado por la inmunóloga rusa Elena Lassounskaia. “Solamente seis o siete personas muy competentes tienen autorización para ingresar a trabajar allí”, comenta la investigadora, que nació en San Petersburgo y hace 20 años que trabaja en la Uenf, donde coordina los estudios sobre la agresividad de la bacteria de la tuberculosis.
Experimentos realizados en su laboratorio, en colaboración con otros equipos de São Paulo y de Río de Janeiro, comienzan a generar una nueva comprensión sobre cómo las cepas más agresivas del bacilo de la tuberculosis, en algunos de los casos, vencen a las células de defensa que deberían controlarlo y se multiplican velozmente por el cuerpo, causando graves daños en los pulmones y en otros órganos. Para explicarlo en forma sencilla, esas variedades más agresivas o hipervirulentas crecen más rápido en las células de defensa del pulmón y las destruyen, incrementando la liberación de compuestos químicos que le marcan al sistema inmunológico el daño celular, revelaron los investigadores en un artículo publicado en julio en la revista PLOS Pathogens. En resumen, esas bacterias intensifican la liberación de señales de peligro, exacerbando la inflamación pulmonar.
En muchas infecciones y también en las inflamaciones causadas por pequeños daños, como en el caso de un golpe en la pierna, esa advertencia es saludable e incluso deseable. Así se logra despertar la atención de otras células de defensa, impulsándolas hacia la región donde apareció el problema. Las nuevas células convocadas fagocitan y digieren a la célula muerta, infectada o dañada que envió el alerta químico, resolviendo el problema. Cuando los microorganismos son más persistentes, como en el caso de las micobacterias ‒que incluyen a los bacilos de la tuberculosis humana (Mycobacterium tuberculosis), la variedad bovina (M. bovis) y de la hanseniasis (M. leprae)‒, el sistema inmunitario afronta dificultades para eliminar completamente a las bacterias y mantenerlas durante años en un área restringida, formando una barrera de células de defensa en torno a las células infectadas, el granuloma.
Sin embargo, en los casos de micobacterias hipervirulentas o en pacientes con inmunodeficiencia, ese escenario se altera. Hace dos años, un grupo liderado por Roland Brosch y Jost Enninga, del Instituto Pasteur, en París, demostró que las micobacterias virulentas lograban romper la bolsa donde se encuentran retenidas en el interior de los macrófagos, las células de defensa que detectan y engullen partículas y microorganismos extraños al cuerpo. La ruptura de esa bolsa de contención, denominada fagosoma, desencadena una forma violenta de muerte ‒la necrosis‒ donde el macrófago explota y disemina su contenido por su entorno.
Esta muerte violenta lanza sobre el tejido una lluvia de señalizadores de daño celular. Éstos funcionan como fuegos artificiales que indican peligro y atraen más células de defensa hacia la región del daño inicial. Pero el exceso de esos señalizadores ‒uno de ellos en particular, la molécula de trifosfato de adenosina (ATP)‒ amplifica el problema: inicia un círculo vicioso de infección y destrucción de macrófagos, según revelaron los investigadores de São Paulo y de Río en el artículo de la PLOS Pathogens (vea la infografía).
“El ATP, que se encuentra en bajas concentraciones en el tejido, funciona como activador de las células del sistema inmunológico”, explica la inmunóloga Maria Regina D’Imperio Lima, de la Universidad de São Paulo (USP), una de las coordinadoras del estudio, en el cual participaron científicos de la Universidad Federal de São Paulo (Unifesp) y de la Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ). En ese contexto, se forman estrechos canales en la membrana de las células de defensa que permiten el intercambio de iones con el medio externo y las activan. En tanto, en concentraciones elevadas, el ATP induce la aparición de grandes poros que dejan salir a las células inflamatorias, además de disparar la muerte por necrosis.
Infografía: Ana Paula Campos / Ilustración: Luana GeigerEl biólogo Eduardo Pinheiro Amaral, alumno de doctorado de D’Imperio Lima, comprobó que, al matar a los macrófagos por necrosis, las cepas hipervirulentas de Micobacterium logran escapar vivas e infectar a los macrófagos, induciendo la inflamación exacerbada del pulmón. Amaral fue uno de los primeros alumnos entrenados desde su iniciación científica para trabajar con micobacterias en el laboratorio de bioseguridad nivel 3 de la Uenf, cuando determinó un modelo de infección en ratones para evaluar la virulencia de micobacterias no tuberculosas. En su maestría, él se concentró en el estudio de micobacterias tuberculosas más agresivas, en el laboratorio de bioseguridad coordinado por Mario Hirata en la USP. Amaral viajó permanentemente entre São Paulo y Campos durante alrededor de un año, para realizar experimentos en los dos laboratorios y analizar una variedad mayor de bacterias aisladas de humanos y vacas con tuberculosis.
Uno de los grupos de bacterias de la tuberculosis estudiados por Amaral pertenece a la familia genética Beijing. “Esa familia de micobacterias, originaria de China, es bastante agresiva y se viene difundiendo con mayor velocidad que otras”, comenta Lassounskaia. “Ésa ya es la cepa predominante en Rusia y en los países de la antigua Unión Soviética, y presenta mayor resistencia a varios de los fármacos que se utilizan para el tratamiento de la tuberculosis”. En América Latina y en Europa mediterránea, las cepas más frecuentes pertenecen a otra familia de M. tuberculosis, la denominada Latin American Mediterranean, en la cual son relativamente raros los casos de resistencia a las drogas.
De todos modos, la tuberculosis sigue constituyendo un reto para la salud pública en Brasil y en el resto del mundo. Se calcula que hay 2 mil millones de personas infectadas con el bacilo de la tuberculosis, que en la mayoría de los casos permanece en estado latente, del cual se despierta cuando el nivel inmunitario del organismo se debilita demasiado, como en los casos de estrés físico o psicológico, o cuando hay una infección por VIH. Una estimación reciente, publicada el 22 de julio en la revista Lancet, revela que la cantidad de individuos con tuberculosis aumentó casi un 40% en poco más de 20 años: creció de 8,5 millones en 1990, hasta 12 millones en 2013, aunque la cifra de defunciones ha disminuido un 12,5%, de 1.600.000 en 2000 a 1.400.000 en 2013. En Brasil, según ese estudio, se registraron 108 mil nuevos casos y casi 6 mil muertes en 2013. “A partir de 2001, el programa de control de la tuberculosis que se implementó en el país parece haber colaborado para reducir la proporción de casos nuevos, que era de 43 por cada 100 mil habitantes en 2001, hasta los actuales 36 por cada 100 mil”, comenta Lassounskaia. “El control está mejorando, pero el problema aún no está resuelto”.
Amaral identificó el modelo distinto de activación de las señales de daño en el sistema inmunitario al trabajar con tres variedades de la bacteria de la tuberculosis. Realizó ensayos con dos bacterias hipervirulentas: la cepa Beijing de M. tuberculosis aislada de un paciente ruso y una cepa de M. bovis detectada en un brote de tuberculosis bovina en el sur de Brasil, que aunque afecta principalmente al ganado, es una variedad que puede provocar tuberculosis en humanos. Las dos cepas se multiplicaron más rápidamente en las células de defensa cultivadas in vitro y en los animales infectados que una tercera bacteria, una cepa de M. tuberculosis que los laboratorios utilizan como referencia.
Bastaron 100 bacterias de las cepas más agresivas para iniciar una infección pulmonar capaz de matar. La cepa Beijing mató al 90% de los roedores en ocho meses, mientras que la M. bovis liquidó a todos los animales en 40 días. Los ratones contaminados con la cepa virulenta modelo sobrevivieron hasta la finalización del experimento. La capacidad de proliferación de las bacterias más agresivas y el nivel de inflamación que ocasionaban (atrayendo mayor cantidad de células de defensa) fueron tan elevados que dejaron los pulmones de los roedores con una masa entre tres y cinco veces superior a la normal en tan sólo un mes. La muerte de los macrófagos y la confluencia de más células de defensa en el área infectada destruyen el tejido pulmonar y obstruyen los alvéolos, provocando disnea y expectoración con sangre.
La función del ATP en esa inflamación exacerbada se tornó evidente cuando los investigadores realizaron las mismas pruebas con ratones genéticamente modificados para que la superficie de sus células de defensa carezca de una proteína ‒el receptor P2X7‒ que reconoce el ATP y estimula su actividad. El grado de necrosis de los macrófagos y de la inflamación en los roedores sin P2X7 resultó bastante menor que en los casos normales. “Este resultado responde a una importante cuestión acerca de la respuesta inmunológica al bacilo de la tuberculosis”, comenta D’Império Lima, quien comenzó a notar la importancia de dicho receptor en la muerte de macrófagos por necrosis en experimentos con animales infectados con paludismo.
CDCMycobacterium tuberculosis en una secreción de un paciente con tuberculosisCDC
Más allá de colaborar para una mejor comprensión de cómo actúan las bacterias más agresivas, esos resultados abren perspectivas para poder intervenir de manera más eficiente en el tratamiento contra la tuberculosis. “Si conseguimos controlar la inflamación por medio de compuestos que bloqueen la activación del receptor P2X7, tal vez sea posible ganar un tiempo importante para el tratamiento de los pacientes más graves”, dice Pinheiro. En los test con las cepas más agresivas, los ratones carentes de esa proteína sobrevivieron entre 60 y 110 días más que los roedores normales. “El control de la inflamación mediante compuestos que actúan en el P2X7 no elimina a la bacteria, pero puede hacer disminuir las lesiones en los tejidos, y eso otorga más tiempo para que actúen los antibióticos”, añade. Algunos compuestos que intervienen sobre el P2X7 están siendo testeados en animales y en seres humanos. En caso de que esa estrategia complementaria se muestre factible, podría colaborar para una mejora en el tratamiento de las formas más agresivas de tuberculosis, que actualmente demanda al menos seis meses y requiere el uso de cuatro antibióticos distintos.
En la Uenf, el equipo de Lassounskaia e investigadores de la UFRJ analizan el efecto de compuestos producidos por plantas sobre el crecimiento de la micobacteria y la superinflamación desencadenada por las bacterias hipervirulentas de la tuberculosis. Actualmente se están utilizando antiinflamatorios convencionales en los casos en que la tuberculosis afecta el sistema nervioso central. Pero ésa puede que no sea siempre la mejor alternativa. “El uso de antiinflamatorios con mecanismos de acción diferentes al convencional, en combinación con antibióticos”, comenta Lassounskaia, “parece ser el futuro de la terapia para los casos más graves de tuberculosis”.
Proyecto
El rol de los inflamasomas en la patogénesis de la tuberculosis causada por aislados clínicos hipervirulentos de micobacterias (nº 13/ 07140-2); Modalidad Ayuda Regular al Proyecto de Investigación; Investigadora responsable Maria Regina D’Império Lima – ICB/ USP; Inversión R$ 288.936,14 (FAPESP).
Artículos científicos
AMARAL, E. P. et al. Pulmonary infection with hypervirulent mycobacteria reveals a crucial role for the P2X7 receptor in aggressive forms of tuberculosis. PLOS Pathogens. 3 jul. 2014.
MURRAY, C. J. et al. Global, regional, and national incidence and mortality for HIV, tuberculosis, and malaria during 1990-2013: a systematic analysis for the global burden of disease study 2013. Lancet. 22 jul. 2014.
