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Biologia celular

Un parásito versátil

El protozoo causante de la malaria no se desarrolla solamente en el hígado, sino también en la piel antes de invadir los glóbulos rojos

Anopheles: combatido en Brasil desde hace casi un siglo, sobrevive en la Amazonia

Sinclair Stammers/ Science Photo LibraryAnopheles: combatido en Brasil desde hace casi un siglo, sobrevive en la AmazoniaSinclair Stammers/ Science Photo Library

París y São Paulo

En la mañana del 2 de abril de este año, el biomédico brasileño Rogerio Amino atravesó la calle Dr. Roux y caminó presuroso rumbo a un edificio de fachada moderna del 15º arrondissement, un barrio de clase media de París. Pasó por una puerta de seguridad y entró a un laberinto de pasillos antes de entrar en la sala oscura donde dos investigadoras operaban un microscopio confocal de láser que permite observar y reconstruir imágenes en tres dimensiones de tejidos vivos. En una pantalla similar a la de una computadora, éstas seguían el movimiento de pequeños globos verdes fluorescentes. Eran ejemplares del parásito causante de la malaria, que se desarrollaban en el interior de células de la piel. En una rápida conversación, Amino constató que el experimento seguía según la planificación y entonces regresó a su laboratorio, del otro lado de la calle, a menos de 300 metros de allí. Bajo la jefatura del médico francés Robert Ménard, el grupo que el biomédico brasileño integra desde enero como investigador contratado en la Unidad de Biología y Genética de la Malaria del Instituto Pasteur de París, trabajaba con atención redoblada, repitiendo cada etapa del experimento.

El equipo sabía que se encontraba ante un descubrimiento importante sobre el ciclo de vida del plasmodio, un organismo unicelular que infecta anualmente a unas 250 millones de personas en el mundo — en especial en África, Asia y en Latinoamérica — y mata a casi un millón, en su mayoría niños de menos de 5 años.

La novedad que buscan Amino y parte del equipo de Ménard indica que en el organismo de ratones — y posiblemente del ser humano — el parásito de la malaria no se desarrolla ni madura exclusivamente en las células del hígado, donde en dos días cada protozoo genera miles de copias capaces de invadir los glóbulos rojos, causando los escalofríos, la fiebre alta y los dores musculares intensos típicos del paludismo. Inyectados en la piel mediante la picadura de hembras de mosquitos del género Anopheles, algunos ejemplares del plasmodio se quedan allí, donde se reproducen y alcanzan el estadio en que se vuelve capaces de penetrar en las células sanguíneas.

Presentado en mayo en el marco de un seminario para investigadores de la comunidad europea en el Pasteur y que pronto será publicado en una revista científica internacional, el descubrimiento está lejos de representar la cura de la malaria, un mal que posiblemente acompaña a la especie humana desde su surgimiento en África hace 200 mil años. Pero la identificación de esta fase hasta ahora no imaginada del ciclo del protozoario contribuirá a la búsqueda de formas más eficientes de combatirlo. Sucede que los compuestos empleados para eliminar al plasmodio — como por ejemplo la cloroquina o las artemisinas — actúan solamente en la fase sanguínea de la infestación, en la cual un solo protozoario genera decenas de copias cada 24 horas en el interior de los hematíes, los glóbulos rojos de la sangre. “Incluso la primaquina, un compuesto capaz de eliminar los parásitos en el hígado, no afecta a los que se desarrollan en la piel”, explica Amino. Así, el mismo órgano que mantiene a los mamíferos en contacto con el ambiente y los protege contra las contaminaciones, puede funcionar como reservorio de parásitos de la malaria. “Hay que hallar una forma de atacarlos allí”, dice.

Y no son pocos los protozoarios que se instalan en la piel, donde pueden permanecer vivos durante semanas. En los experimentos llevados a cabo el Pasteur, hembras del mosquito Anopheles stephensi, transmisor de la malaria humana en Asia, se alimentaron en las orejas de ratones. En las picaduras, los insectos inyectaron decenas de parásitos marcados con una proteína verde fluorescente en la piel de los animales. Alrededor del 10% dos protozoarios de la especie Plasmodium berghei, que causa la enfermedad en roedores, se alojó a pocos milímetros de la picadura — una parte migró hacia los folículos pilosos, la estructura que envuelve los pelos, sin respuesta inmune activa. “Existen pocos lugares tan privilegiados para que un parásito sobreviva en el organismo de los mamíferos”, dice Amino.

Estos protozoarios siguieron en los folículos al menos durante dos semanas — no se sabe si adormecidos o en crecimiento lento. Una vez extraídos de los folículos, fueron capaces de infectar células de piel in vitro y alcanzar el estadio en el cual invaden los glóbulos rojos. Cuando los investigadores los inyectaron en ratones sanos, estos roedores se enfermaron. Ahora, el grupo procura repetir las pruebas con ratones que recibieron implantes de piel humana, lo que permitiría trabajar con las especies del protozoario que contaminan a las personas — y ver si el desarrollo en la piel es común en seres humanos.

Antes de estos experimentos, no se le prestaba mucha atención a lo que sucedía en la  piel. Se creía que las formas del protozoo inoculadas en la  picadura del mosquito llegaban al torrente sanguíneo y migraban al hígado, donde maduraban antes de regresar a la sangre. Trabajando durante los últimos años en el equipo de Ménard, Amino ha demostrado que la cosa no es tan sencilla. Éste, por cierto, no es el primer dogma sobre la biología del plasmodio que el grupo del Pasteur echa por tierra en los últimos cuatro años, manteniendo una tradición pionera de la institución creada por el químico Louis Pasteur y por el médico Pierre Émile Roux hace 120 años.

Durante su anterior período de trabajo en el Pasteur, Amino y el parasitólogo alemán Friedrich Frischknecht habían descubierto que el mosquito no inyectaba los protozoarios directamente en el interior de los vasos sanguíneos, tal como se creía. En lugar de ello, algunas decenas de parásitos eran depositados en una capa profunda de la piel desde donde proseguían en movimientos circulares como los de un sacacorchos hasta el vaso sanguíneo más cercano, tal como lo describieron en 2006 en un artículo publicado en Nature Medicine (lea en Pesquisa FAPESP nº 120). “La gente toma lo no dicho como dicho. Es muy fácil extrapolar una idea que tiene sentido desde el punto de vista lógico para la cual no existen prueba experimentales ni evidencias directas”, afirma Amino.

Drenaje: una obra destinada a eliminar criaderos del mosquito en la década de 1940

Archivo Rostam Soares, Casa de Oswaldo Cruz/ FIOCRUZ Drenaje: una obra destinada a eliminar criaderos del mosquito en la década de 1940Archivo Rostam Soares, Casa de Oswaldo Cruz/ FIOCRUZ

Hepatocito de Troya
Aquel mismo año, Amino y Ménard, en asociación con alemanes del Instituto de Medicina Tropical Bernhard Nocht, revelaron detalles de la maduración del plasmodio en las células del hígado (hepatocitos) que ayudaban a comprender por qué el organismo tiene dificultades para identificar el plasmodio como invasor y eliminarlo. Se imaginaba que, una vez instalado en los hepatocitos algunos días después de la picadura, el protozoario se multiplicaba generando miles de copias hasta que la célula hospedadora explotase, liberando parásitos en el torrente sanguíneo. Los experimentos con los roedores revelaron una estrategia mucho más sutil y eficaz.

A medida que se multiplicaban y maduraban, los parásitos eran eliminados paulatinamente de los hepatocitos en el interior de vesículas formadas por el revestimiento de la célula del propio hospedador. En un artículo de Science, los investigadores le asignaron a esta estrategia el mote de hepatocito de Troya, en referencia a la artimaña que habría sido usada por los griegos en la Guerra de Troya. En esta astuta fuga, los parásitos también evitaban que el hepatocito en agonía le señalizase al sistema de defensas que era hora de entrar en acción. “Esta protección permite entender por qué los parásitos escapaban a las células del sistema inmunológico en el hígado”, explica Amino.

Pero no es únicamente del Pasteur que surgen novedades. En centros de investigación brasileños distribuidos por São Paulo, Río de Janeiro, Minas Gerais, Acre y otros estados, los investigadores también trabajan para develar el ciclo de vida del plasmodio y el comportamiento de los insectos que lo transmiten.

En el Instituto de Biociencias (IB) de la Universidad de São Paulo (USP), el equipo de la bioquímica Celia Garcia investiga qué pasa con el plasmodio después que se instala en los glóbulos rojos de la sangre. Celia y sus colaboradores identificaron en la última década al menos cuatro importantes mecanismos que explican cómo el parásito sobrevive y madura en el interior de los hematíes, un ambiente que debería serle extremadamente inhóspito.

La concentración de calcio en los hematíes es 10 mil veces menor que en el plasma, el medio en que se encuentran diluidos. La carencia de este elemento químico regulador de diferentes funciones celulares — entre ellas la muerte programada — debería impedir que el protozoario se refugiase en los hematíes. Pero no es así. Celia y Marcos Gazarini observaron que el secreto de la supervivencia en ese ambiente es el modo de invasión de los hematíes. En lugar de abrir un pequeño agujero en la membrana de la célula sanguínea, el parásito empuja la membrana formando una bolsa a su alrededor. En el interior de esa bolsa el tenor de calcio es el mismo del plasma sanguíneo.

En colaboración con la farmacóloga Regina Markus, también de la USP, Celia logró develar otro comportamiento curioso del plasmodio. Una vez en el interior de los hematíes, el parásito se multiplica y pasa por tres fases distintas de desarrollo. Al final de ese período de transformaciones, que dura alrededor de 48 horas, miles de copias del plasmodio llegan simultáneamente al mismo grado de madurez y rompen el glóbulo rojo para luego invadir otras células sanas. Celia, Regina y el bioquímico Carlos Hotta comprobaron que el ritmo de maduración del protozoario es regulado por una hormona producida por el organismo del hospedador — la melatonina, fabricada por una glándula ubicada en la base del cerebro y responsable del ajuste de ritmos biológicos tales como el sueño y la vigilia. Sin melatonina, los parásitos dejan de evolucionar al mismo tiempo, de acuerdo con un artículo publicado en 2000 en Nature Cell Biology. En 2005, el biólogo Flavio Beraldo y Celia descubrieron de qué manera la melatonina regula el desarrollo coordinado de los parásitos: la hormona activa una cadena de mensajeros celulares que controlan a los genes ligados a la multiplicación del plasmodio.

Además de curiosidad, esa maduración orquestada suscita interés clínico. En el marco de un estudio que saldrá publicado en Open Parasitology Journal, Piero Bagnaresi, del equipo del IBUSP, demuestra que es más fácil matar a los parásitos cuando maduran fuera de sincronía: una dosis menor del medicamento cloroquina — cuyo mecanismo de acción contra el parásito Celia y Gazarini explicaron recientemente — se vuelve tan eficaz como las normalmente prescritas en el tratamiento de la malaria.

Un problema nacional: fumigación con insecticida en una residencia, en el estado de Ceará

Archivo de la Fundación Rockefeller, Casa de Oswaldo Cruz/ Fiocruz Un problema nacional: fumigación con insecticida en una residencia, en el estado de CearáArchivo de la Fundación Rockefeller, Casa de Oswaldo Cruz/ Fiocruz

Nuevos blancos
Analizando el genoma del Plasmodium falciparum, la forma más letal del protozoario, responsable del 30% de los casos de malaria en Brasil, Celia y Luciana Madeira identificaron los genes que codifican cuatro proteínas de la superficie del Plasmodium a las cuales aparentemente se conectan compuestos tales como la melatonina, la serotonina y otras moléculas derivadas del aminoácido triptofano, esenciales para el parásito, y que pueden convertirse en base de compuestos contra la malaria.

Mientras que no llegan los nuevos medicamentos y no se arriba a una formulación de vacuna eficiente, la salida sigue siendo la eliminación del principal transmisor de la malaria: en Brasil, el mosquito Anopheles darlingi, que contamina anualmente — con el Plasmodium falciparum, el más letal, o el Plasmodium vivax, el más común — a 500 mil personas, casi todas en la Amazonia.

De acuerdo con los expertos, las campañas de combate contra el Anopheles con obras de ingeniería (drenaje de pantanos y manglares) y el uso de insecticidas redundaron en una reducción importante de la malaria en el país y en el mundo durante el último siglo.

En Brasil, la cantidad de infecciones cayó de 4 millones por año en las décadas de 1930 y 1940 a aproximadamente 50 mil en los años 1960. Pero volvió a subir en la década siguiente con el comienzo de la ocupación de la Amazonia, y se estabilizó en la franja de los 500 mil. “Hubo un éxito razonable, prácticamente se extinguió la malaria fuera de la Amazonia, pero todavía hay mucho por hacerse”, comenta el parasitólogo Marcelo Urbano Ferreira, del Instituto de Ciencias Biomédicas (ICB) de la USP.

En la selva: distribución de cloroquina en el estado de Pará durante la década de 1950

Archivo Rostam Soares, Casa de Oswaldo Cruz/ FIOCRUZ En la selva: distribución de cloroquina en el estado de Pará durante la década de 1950Archivo Rostam Soares, Casa de Oswaldo Cruz/ FIOCRUZ

El hombre y el verde
Esta situación puede no mejorar si nada se hace con relación a la forma de ocupación de las tierras donde crece la Selva Amazónica. Años atrás, la geógrafa Márcia Caldas de Castro, investigadora de la Universidad de Princeton, Estados Unidos, evaluó el patrón de diseminación de la malaria en un asentamiento de colonos en Machadinho, estado de Rondônia, y constató que la transmisión de la enfermedad es mucho más elevada al comenzar el asentamiento, que es cuando se empieza a derribar la selva. A medida que la tierra se desnuda, los casos disminuyen.

En el artículo en que describen los resultados en 2005 en Proceedings of the National Academy of Sciences, Castro y sus colaboradores presentan una propuesta polémica para reducir el brote inicial de transmisión: seleccionar únicamente tierras adecuadas para la agricultura para la instalación de colonos y ofrecerles las condiciones necesarias para derribar la selva lo más rápido posible. “En una fase inicial, el desmonte favorece la transmisión, pero después contribuye a impedirla”, explica Ferreira.

Al seguir la dinámica de transmisión de la malaria en otro asentamiento — en la localidad de Acrelândia, estado de Acre, cerca del límite con Rondônia —, Ferreira, la médica Mônica da Silva Nunes, de la USP, y Pascoal Muniz, de la Universidad Federal de Acre, observaron también que el riesgo de contraer malaria es más elevado entre las personas que viven en casas cercanas a la selva y trabajan en actividades que exigen incursiones en el bosque, tal como lo describen en un artículo reciente publicado en American Journal of Tropical Medicine and Hygiene.

Rígido control: aplicación de larvicida en focos del Anopheles

Archivo de la Fundación Rockefeller, Casa de Oswaldo Cruz/ Fiocruz Rígido control: aplicación de larvicida en focos del AnophelesArchivo de la Fundación Rockefeller, Casa de Oswaldo Cruz/ Fiocruz

En Acrelândia, Mônica constató también que casi la mitad de los casos de malaria se concentraba en tan sólo el 20% de las casas, en una clara señal de que el control de la transmisión es posible en caso de que se adopten medidas adecuadas.

¿Qué hay que hacer para poder reducir los casos de malaria en Brasil? En la opinión de Ferreira, falta restablecer la comunicación entre los investigadores y la gente que trabaja en el control de la enfermedad.

“Existe un foso entre la producción de conocimiento sobre la malaria y la aplicación de tal conocimiento”, dice el parasitólogo de la USP. “Los que hacen investigación no siempre producen información relevante para la prevención y el control; y los que trabajan en prevención y control muchas veces no ven lo que los investigadores hacen”, dice Ferreira, quien en octubre participó en una reunión en la cual ambos grupos se encontraron. Sin diálogo, es probable que la malaria siga siendo un obstáculo para el desarrollo, tal como pensaba el médico Carlos Chagas.

Los proyectos
1. Diversidad genética, estructura poblacional y dinámica de transmisión del Plasmodium vivax en la Amazonia rural brasileña (nº 07/51199-0); Modalidad Línea Regular de Auxilio a la Investigación; Coordinador Marcelo Urbano Ferreira — ICBUSP; Inversión R$ 197.040,00 (FAPESP)
2. Bases moleculares de la transducción de la señal del ciclo celular de los parásitos de la malaria (nº 02/06194-7); Modalidad Proyecto temático; Coordinadora Celia Regina Garcia — IBUSP; Inversión R$ 1.082.371,51 (FAPESP)

Artículos científicos
AMINO, R. et al. Cuantitative imaging of Plasmodium transmission from mosquito to mammal. Nature Medicine. v. 12. p. 220-224. 2006.
SILVA-NUNES, M. et al. Malaria on the Amazonian frontier: transmission, dynamics, risk factors, spatial distribution and prospects for control. American Journal of Tropical Medicine and Hygiene. v. 79. p. 624-635. 2008.

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