Sonicando

Mucho antes de que la respuesta inmune adaptativa ganara complejidad, especificidad y memoria, una respuesta innata primitiva combatía los microbios de una forma rápida, inespecífica y redundante. Con 2,6 billones de años a sus espaldas (día arriba, día abajo) su funcionamiento sigue en riguroso vigor, pero sus nuevos y prometedores usos están de rabiosa actualidad.

Y es que en biología echar un vistazo atrás no está necesariamente reñido con avanzar. La naturaleza nos ha enseñado una y mil veces que sabe lo que se hace y muchas veces es inevitable rendirse a admirar cómo solventó la papeleta en el pasado, para conseguir desarrollar herramientas para el futuro.

No hay más que fijarse en los seres vivos que carecen de sistema inmune adaptativo, como los insectos. ¿cómo puede una mosca defenderse de bacterias, hongos y virus? La respuesta está en unos pequeños péptidos que forman parte de su respuesta innata y que acechan en las barreras del organismo, preparadas para eliminar toda forma de vida que intente penetrar.

Estos péptidos se conocen como péptidos antibióticos o péptidos antimicrobianos y son proteínas cortas (de 12 a 50 aminoácidos generalmente) ricas en residuos hidrofóbicos que pueden llegar a representar el 50% de la mini-proteína. Adquieren distintos plegamientos, pero normalmente son alfa-hélices anfipáticas o láminas beta, con formación de puentes disulfuro.

El primero en describirlas en detalle fue Hirsch, quien las purificó de gránulos fagocíticos presentes en células de nuestro sistema inmune. Estos péptidos se unían con gran afinidad a membranas de patógenos y formaban grandes poros, matando a los microorganismos.

En una época en la que vemos cómo proliferan organismos resistentes a múltiples de los antibióticos existentes, éste era un campo demasiado atractivo para no llamar la atención de la comunidad científica.

Pronto se expandió y Hans Boman, Michael Zasloff y Robert Lehrer aislaron independientemente estos péptidos en insectos, anfibios y mamíferos. Se bautizaron con nombres distintos en cada caso y así tenemos cecropinas en insectos, magaininas en anfibios y defensinas en mamíferos.

Hoy más de 800 se han descrito o predicho a partir de los organismos con genomas conocidos, y como no podían faltar, también están presentes en plantas.

Ahora contamos con un gran arsenal, algunos que son muy efectivos contra bacterias gram positivas, otros frente a gram negativas, hongos, virus, y por supuesto muchos que están por estudiar.

Gracias a estos descubrimientos actualmente por ingeniería genética se modifican para ganar en espectro de acción. Por ejemplo, si tenemos un péptido que funciona muy bien contra gram-, y otro que sabemos que lo hace en gram+ los fusionamos, formando un único péptido algo más grande, pero con mayor espectro de acción sin perder eficacia.

El único problema es no poderlos sintetizar en bacterias (lógico, puesto que las mata) y la síntesis de péptidos no es especialmente barata. Aún así puesto que han demostrado tener capacidad para matar microorganismos multirresistentes a fármacos, es un campo que está en plena ebullición y no me extrañaría en absoluto ver pronto alguno en las farmacias.

Es la nueva generación de antibióticos…

Os cuelgo un vídeo realmente bueno y bien documentado de 3 de las bacterias patógenas más famosas; Legionella, Listeria y Mycobacterim Tuberculosis.

Listeria es una bacteria (bacilo) gram positiva, que produce raramente enfermedad en humanos, pero que tiene una estrategia para evadir el sistema inmune muy curiosa.

Casi todos los patógenos intracelulares entran en una célula se dividen activamente y salen a infectar más. El problema es que el sistema inmune está ahí fuera, esperando o buscando signos de que la célula está infectada para matarla con sus huéspedes dentro.

Listeria no se arriesga a salir al medio extracelular para infectar a otras células, ¿cómo lo hace entonces? Pues bien, agarraos que viene lo curioso. Muchos sabréis que la actina, un componente de un tipo de fibras del citoesqueleto (esqueleto celular) se polimeriza y despolimeriza, cambiando así la forma de las células (permitiéndolas lanzar pseudópodos para fagocitar entre otras cosas).

Pues Listeria deshace las fibras, y cuando tiene bastante cantidad de actina alrededor, la polimeriza en su “trasero” pa salir disparada como un cohete, atravesando así la célula infectada para atravesar como una bala la membrana de la célula contigua y seguir dividiéndose…

Aquí os cuelgo un vídeo de estas bichas infectando una célula en cultivo, fijaos que salen como cohetes, pero como no hay otra célula al lado dan media vuelta y siguen buscando, una pasada de vídeo del laboratorio de Thierot ( University of Stanford, CA. USA)

Sólo en la mente del héroe Odiseo cabía la astucia que daría la victoria a Grecia en la guerra de Troya. Epeo, el mejor carpintero de entre los guerreros que asediaron las grandes murallas de Troya, construiría un gran caballo de madera. Con las dimensiones adecuadas, cabrían el mismo Odiseo y cerca de una treitena de hombres, suficientes para romper la seguridad de la ciudad.

Tanta heroicidad, relatada tanto en la Odisea de Homero, como en la Eneida de Virgilio, ha dado la vuelta al mundo y a los siglos.

Los tiempos cambian, y si los ilustres escritores griegos hubieran tenido a mano un microscopio e inquietud por ciertos patógenos, no habrían tenido que crear el famoso mito. Años de investigación han revelado que la idea de Odiseo, a nivel molecular, no es demasiado original.

Leishmania spp. son protozoos flagelados causantes de un conjunto de enfermedades denominadas Leishmaniosis. A nivel celular, el patógeno ha de conseguir infectar las mismas células del sistema inmunológico que están encargadas de destruirlo, los macrófagos.

Por lo tanto, deben entrar en ellos sin ser descubiertos, cada macrófago es la nueva Troya a conquistar y su membrana constituye una gran muralla. Como véis sólo nos falta el caballo en esta historia.

Los PMN o polimorfonucleares son las primeras células que se acercan rápidamente al sitio donde se ha producido la infección, para tragarse todo lo extraño que se mueva. Son células algo más pequeñas que los macrófagos, y tienen una vida muy corta (6-10 horas). Leishmania ha aprendido a dejarse tragar por los PMN, y evitar desde dentro que las “digieran”.

En su interior no se dividen, pero permanecen de forma silenciosa, hasta la llegada de los macrófagos, unas 48-72 horas después. ¿Como aguantan los PMN infectados esas 48 horas?La razón es que desde el interior, leishmania impide la activación de las señales de muerte de los PMN, hasta que todos los protagonistas están en el campo de batalla.En ese momento, los parásitos dejan que los PMN lleven a término su programa de muerte celular.

Los macrófagos también se encargan de eliminar células muertas, tragándoselas. Al reconocer que los PMN están muriendo, los fagocitan como algo muerto, y no como células infectadas, que es lo que realmente son, por lo que no desarrollan ningún mecanismo microbicida. Este es el sentido por el cual las Leishmanias mantienen a los PMN con vida hasta la llegada de los macrófagos, porque saben que éstos, como los troyanos, no ven una amenaza en un caballo inerte, aunque esconda una sorpresa letal en su interior.

Una vez las leishmanias están en el interior del macrófago se dividen a sus anchas hasta que éste revienta liberando leishmanias por todo el medio extracelular,que infectarán a más macrófagos. Así se desarrollará una infección con resultados, en ocasiones, letales para el individuo.

Puesto que patógenos hay muchos sobre la faz de la tierra, espero que no se extrañen de que Leishmania no sea el único Odiseo, en esta molecular historia.

Algunos Plasmodium, causantes de la Malaria, utilizan una estrategia similar para conseguir evadir el sistema inmunológico e infectar sus células diana. Tomemos perspectiva en esta nueva batalla.

Los plasmodios tienen varias formas infectivas, y varias células diana en dos ciclos básicos; el hepático (donde los esporozoitos infectan los hepatocitos) y el eritrocítico (donde los merozoitos infectan los glóbulos rojos o eritrocitos). Pues bien, los primeros han de llegar de alguna forma al torrente sanguíneo, para infectar a los glóbulos rojos, pero vigilando la periferia del hígado están los macrófagos, que fagocitarían y matarían a esta primera forma del plasmodio.

Los detalles de la minúscula gran batalla se publicaron en Science, en el 2006. Gracias al uso de parásitos modificados genéticamente para que fueran fluorescentes, y a técticas de microscopía in vivo, se observó la curiosa estrategia.

Los hepatocitos infectados por el protozoo, como consecuencia de la infección, se separan de sus células compañeras y entran en los capilares hepáticos como células casi muertas llamadas merosomas. Estos merosomas pasan completamente desapercibidos, ya que el parásito manipula desde dentro la célula para que no se muestre nada de lo que tiene en el interior. Así se diseminan por el organismo causando la ya tan famosa como mortal enfermedad.

Aprendiendo de estos caballos de troya, los humanos volvemos a la carga. Dejamos lo que en su momento fue un mito, para convertirlo en realidad a pequeña escala. Múltiples terapias se basan en Caballos de Troya: desde terapias farmacológicas frente a patógenos, a terapias génicas con genes suicidas contra células tumorales…pero ésas, son otras historias.

Los seres humanos, dentro de nuestras “sofisticaciones cerebrales”, albergamos la posibilidad de quitarnos la vida ante una multitud de situaciones. Puede ser una depresión profunda, una enfermedad mental, una incapacidad absoluta, la pérdida del honor en algunas culturas…todos ellos han sido los detonantes de un grán número de defunciones.

Una vez más, podemos acercarnos a nuestra naturaleza más molecular, para ver que a nivel celular también se toman estas letales decisiones.

Y es que todas y cada una de las células de nuestro organismo, tienen la capacidad de suicidarse en diversos momentos y por distintas circunstancias. El nombre de este tipo de muerte celular se denomina Apoptosis, o muerte celular programada (definición que hay que coger con pinzas en ocasiones).

Podemos dejar la ética de lado, ya que no existe a estos pequeños niveles. El suicidio celular es un mecanismo conservado, eficiente y necesario.

Una célula reserva parte de su economía genética a genes que la pueden eliminar si fuere necesario. Buscando un mecanismo similar pero esta vez al revés, únicamente se me ocurre el de Wallace Carothers, descubridor del Nylon, quién siempre guardaba un espacio en su maletín para un vial de veneno, por si le urgía suicidarse (cosas de maniaco-depresivos), y que usó en 1937, desapareciéndo del mapa con 41 años.

Uno de los eventos en los que este mecanismo toma partido, y quizás uno de los más importantes, ocurre durante el desarrollo embrionario. Numerosas estructuras y tejidos desaparecen en el moldeado del cuerpo. Por el mismo motivo que en una obra se eliminan los andamios una vez usados, las células que participan en la formación de múltiples estructuras tienen que ser retiradas, así que una vez realizada su función, entran en apoptosis y dejan la estructura completamente funcional. Es el ejemplo típico de las membranas interdigitales, que desaparecen en el desarrollo ya que las células de estas estructuras se “quitan de enmedio”, para no entorpecer el movimiento de los dedos.

Este tipo de estudios en desarrollo, concretamente del gusano Caenorhabditis elegans son los que llevaron al descubrimiento de la apoptosis, y que implicó el reconocimiento público de Robert Horvitz, Sydney Brenner y John Sulston con el Premio Nobel de Fisiología y Medicina del año 2002.

Otra causa común de muerte celular programada es la infección por distintos patógenos. Cuando una célula se ve infectada, “rompe el cristal de emergencia” y “pulsa el botón de auto-destrucción”. Entonces empieza el proceso secuencial que irá destruyendo su material de forma ordenada, consiguiéndose dos grandes objetivos; por un lado la célula evita que se multiplique el patógeno en su interior y a su vez, al romperse, lo deja visible para que actúe el sistema inmunológico. Como observaréis, es una estrategia muy eficiente de combatir pero a la par muy sacrificada. Sería el equivalente a un kamikaze, salvo que en defensa en vez de en ataque.

Es una forma de luchar por la supervivencia del tejido, del organismo y al fin y al cabo del ser vivo del que se forma parte. Un mal menor dentro de un pluricelular.

El verdadero ejemplo de suicidio se observa en organismos unicelulares, como son algunos protozoos y levaduras. Aquí no hay órgano que defender, no hay desarrollo de tejidos ni sería “inteligente” matarse por estar infectado…¿Qué sentido puede haber detrás de este mecanismo entonces?

Posiblemente, sea una forma “altruista” de colaborar entre unicelulares de la misma especie. Un altruismo sin límites que permite el éxito en infecciones por algunos patógenos, o disminuir el número de “bocas” que alimentar en situaciones de escasez de nutrientes.

Leishmania es un protozoo flagelado del que me veréis escribir a menudo, por deformación profesional. Estos parásitos infectan un tipo de células del sistema inmune (macrófagos), que a la vez están encargadas de eliminarlos. Simpática situación. Pues bien, resulta que si un macrófago fagocita un parásito vivo, se activa, y lo mata. Sin embargo, no tendría sentido matar algo muerto, por lo que si reconoce que está muerto simplemente lo traga y punto. En el contexto de la infección se ha visto que sorprendentemente dentro del grupo de parásitos muchos entran en apoptosis, y al ser fagocitados, permiten junto con su entrada la de otros congéneres. Y puesto que se les ha reconocido como “bicho muerto” no se mata a los compañeros en la entrada, compañeros que se dividen hasta matar a la célula por dentro.

De nuevo vemos (con microscopio) comportamientos impresionantes, a la vez que similares a los que acontecen cuando no observamos a través de ningún artilugio. Un ejemplo más de inteligencia molecular…