¿Como se Cuentan los Virus?

Hoy me he pegao todo el día titulando muestras de virus. Estaba ahí, en la cabina de cultivos y , dentro de la rutina, me ha parecido algo curioso para las personas ajenas al mundillo. Y he decidido hacer una entrada sobre ello.

Como quiero meterle también algo audiovisual (que le dará un toquecito especial) necesito algo más de tiempo. Y como soy de naturaleza curioso, me apetecía preguntaros cómo se os ocurre que nos las apañamos para hacerlo.

Que sepáis que me refiero a estimar la cantidad de virus que hay en una muestra, es decir, a su concentración.

Así que hoy, un poquito de feedback con el foro, venga esos comentarios ¡¡¡

PD: A los más entendidos no me vale lo de siempre, quiero alternativas ¡¡¡

Las Vacunas del Futuro

(Como avisé la entrada de hoy es especial, ya que será la primera que podrá leerse también en el Museo de la Ciencia, donde me estreno como colaborador…)

Algo ocurría a las recolectoras de leche infectadas por la viruela vacuna, que les libraba de padecer la letal viruela humana. Esta simple observación llevó al médico rural Edward Jenner a establecer los primeros experimentos vacunales en 1796, cuando una ola de viruela asolaba Europa.

Imagen Extraída de debiogeo.blogspot.com

Tomó viruela de la granjera Sarah Nelmes (cuya infección era de origen vacuno) y la introdujo en el pequeño James Phipps de tan sólo 8 años. Como era de esperar, el pequeño mostró síntomas propios de la infección por la viruela vacuna. Lo sorprendente estaba por llegar, cuando, una vez recuperado de la enfermedad, el médico inglés le inyectó muestras infectadas de viruela humana, sin observar síntoma alguno.

Aunque hoy día se considere a Jenner el padre de las vacunas, las primeras evidencias escritas de prácticas de vacunación datan del siglo XI en China. Dichas prácticas cosistían en sacar pus de las heridas de viruela de enfermos e introducirlo en individuos sanos.

El mismo protocolo fue introducido en Gran Bretaña por Lady Mary Wortley Montagu, y en el siglo XIII la «variolización» se extendió a toda Europa. Los problemas higiénicos de la época unidos al riesgo que acompaña al protocolo, hicieron que tras grandes fracasos, se fuera abandonando la práctica.

Tras el éxito de Jenner la carrera por conseguir la profilaxis de numerosas enfermedades ha sido impresionante. Para múltiples enfermedades se adoptaron protocolos similares, o se buscaron otros más seguros.

Así, las vacunas vivas (con bajas dosis de patógenos vivos) dieron paso a las vacunas con parásitos atenuados (cuya capacidad de causar patología está muy reducida o es nula) o directamente muertos, para aumentar su seguridad, manteniendo los resultados de protección.

Para algunas enfermedades este tipo de vacunas sencillas era suficiente y gracias a ello hoy en día contamos con varias vacunas que ya llevan varios años con nosotros.

¿Pero qué ocurre con las enfermedades en las que inocular el parásito vivo, atenuado o muerto no es suficiente? ¿Cuales son las estrategias que se siguen actualmente?

Tras los fracasos en los protocolos básicos, se empezó a hilar un poco más fino. Y es que de lo que se trata es de «enseñarle» al sistema inmunológico frente a que tiene que combatir, para que esté preparado. Y para ello, muchas veces, un patógeno entero es demasiada información.

Empezó la carrera por buscar antígenos (subunidades del patógeno que despiertan la atención del sistema inmune) para dirigir frente a ellos una respuesta bien definida, para que quede recuerdo durante mucho tiempo de dicho antígeno.

Prácticamente la totalidad de los antígenos son proteínas. Puesto que aislarlas de los patógenos no da buenos rendimientos, lo mejor es, gracias a la tecnología del ADN recombinante, obtener el gen que produce la proteína y producirla en grandes cantidades en bacterias o levaduras.

Algunas barreras se salvaron gracias a esta tecnología, y ya hay vacunas de este tipo en el mercado, como la reciente vacuna para luchar contra el cáncer de útero, Gardasil.

En ocasiones las proteínas por si solas no son suficientemente inmunogénicas, por lo que se les acompaña de compuestos que ayudan a redirigir o aumentar la respuesta inmunológica llamados adyuvantes. Existen numerosos tipos de adyuvantes y la elección radica en la respuesta inmunológica concreta que se pretende estimular.

El problema de las proteínas es que son muy suyas, su estabilidad puede ser limitada y muchas veces las bacterias y las levaduras no daban resultados satisfactorios. Entonces se pensó en dar otro paso adelante, y meter directamente el gen que produce la proteína en grandes cantidades, y dejar que las células de nuestro propio organismo produzcan el antígeno.

Llegó el turno de las vacunas de ADN.

Las bacterias tienen un tipo de ADN circular muy pequeño y estable, denominado plásmido que se ha convertido en la estrella de la ingeniería genética, y que de normal es usado por las bacterias para acumular genes destinados a resistir antibióticos, entre otras cosas.

Imagen Extraída de Wikipedia

Quitando todos esos genes y poniendo nuestro gen de interés mediante ingeniería genética, tenemos «un anillo» con la información necesaria para que, una vez introducido en nuestras células, se produzca el antígeno deseado.

Al ser ADN bacteriano, no necesitamos usar adjuvantes (en la mayoría de los casos), ya que el sistema inmune lo detecta como extraño (al fin y al cabo es parte de una bacteria) y se ve estimulado por su propia naturaleza. Además es barato de producir, y altamente estable.

Actualmente las vacunas de ADN inundan los ensayos clínicos de las vacunas del futuro, las que hoy en día protagonizan las publicaciones científicas específicas, y con las que contamos para inducir profilaxis en múltiples enfermedades.

Pero también podemos introducir los genes de los antígenos en virus atenuados, que entran en nuestras células de forma controlada e introduzcen y expresan los genes de los antígenos en nuestro interior, sin producir ninguna patología. Actualmente los virus más utilizados son el virus vaccinia (además de otros poxvirus), y adenovirus.

La secuenciación de los genomas de múltiples patógenos, y la cada vez más desarrollada ingeniería genética nos van dotando de estas nuevas herramientas para intentar conseguir algo tan complicado como la profilaxis. Como siempre, constantemente salen cosas nuevas, porque cada vez podemos hacer las cosas a un nivel de detalle mayor. Por eso al principio se inoculaba el bicho vivo, luego muerto, luego pedacitos, luego los genes que producían los pedacitos…

Así que si en poco tiempo véis que las vacunas de ADN, o las basadas en virus inundan las noticias de biomedicina, ya estábais avisados de antemano. Y los investigadores estaremos ya metidos en algo más pequeñito, porque habrá enfermedades que tampoco se consigan curar con lo que hoy en día sabemos, y por supuesto, no vamos a tirar la toalla.

La Eterna Lucha

Tenemos la  constumbre inmobilista de pensar que todo lo que hemos conocido y comprendido, ha sido así desde el inicio de los tiempos. Es una postura tan equivocada como lógica, debido a que para nosotros, desde nuestro principio, todo ha sido así.

Sería de extrañar que estando enfermos pensáramos distinto, y por ello mantenemos formas de pensar erróneas y perspectivas mal tomadas respecto a cómo enfrentarnos a las enfermedades.

Tendemos a pensar que una infección es un hecho puntual, una batalla que se libra en un momento dado y que tiene como escenario un punto concreto: nuestro organismo. Pero la batalla no es nueva, ni las armas son las de toda la vida.

Los virus no son algo nuevo. Siempre los hubo. Evolutivamente tuvimos que diseñar algo para hacer frente a una amenaza a nuestra existencia. Ahí empezó una danza que aún se mantiene, una carrera armamentística nutrida de genes en vez de balas que aún sigue activa.

Nosotros necesitamos defendernos para sobrevivir y transmitir nuestros genes; los virus necesitan entrar sin ser descubiertos y perpetuarse sin matar a su huésped para realizar el mismo ejercicio. Para las dos cosas hace falta coger confianza con el enemigo, y ver que cartas jugar en cada momento.

Al principio todo debió ser muy sencillo, más que sencillo, tosco, pero no por ello menos efectivo. Si el virus intenta entrar a la célula por un sitio, se bloquea, y ya está. ¿Pero si consigue entrar de otra forma? Entonces toca empezar a pensar como eliminarlo desde dentro, mientras apuntalamos las puertas, para que no vuelva a pasar.

Imagen Extraída de the-scientist.com

Poco a poco millones de estrategias se diseñaron por ambas partes haciendo que una infección, vista desde un punto de vista estratégico, sea prácticamente una obra de arte.

El virus Vaccinia es un virus enorme, con unos 250 genes, que dedica un grán número de genes a inhibir la respuesta inmune del hospedador.

Uno de los procesos que se cuida de evitar es la inflamación que se produce en el organismo como consecuencia de su entrada. Lo sorprendente es estudiar los genes dedicados a inhibir la inflamación y darse cuenta de que son como algunos humanos, con ciertas diferencias. Lo que indica, que durante la evolución, en las batallas moleculares hay casos claros de espionaje.

Uno de los mediadores que utiliza el cuerpo para producir inflamación es la Interleuquina 1beta (IL-1b) Cuando se une a un receptor celular específico se desencadenan varios mecanismos, que terminan en un proceso inflamatorio.

La inflamación llama mucho la atención, sobre todo porque vienen la plana mayor del sistema inmune a ver que pasa, y el virus ha de evitarlo como sea. Harto de ser descubierto por dicho mecanismo, decidió quitar de enmedio la interleuquina 1 beta. ¿Cómo? Pues creando un receptor falso igual al natural, sólo que sin la zona de unión a la célula. Así la interleuquina se unirá al receptor viral falso y no llegará al verdadero. Entonces no pasará nada, no habrá señal de alarma y la infección podrá progresar.

Un primer paso para empezar en silencio, pero no el único. Existen varias formas de llamar la atención del sistema inmune, y para cada una el virus ha tenido que desarrollar un mecanismo como el citado.

También sucede al revés. También hay mecanismos celulares para eliminar ataques virales.

Uno de los descubrimientos más recientes en la biología molecular ha sido el ARN de interferencia:

Imagen extraída de http://www.biotecnologia.co.cr

En una célula si aparece ARN de doble cadena, normalmente procede de virus o de transposones. Por lo tanto, las células se armaron de una enzima, llamada DICER, que corta el ARN de doble cadena,  por si es un virus. De esta forma eliminan la posibilidad de desarrollo de un material génico extraño que ha conseguido atravesar la membrana.

Existen millones de ejemplos como los citados, pero como sucede en la vida real, no son tan importantes los mecanismos como lo que subyace tras ellos. Volvamos a los dos ejemplos citados:

Resulta que el receptor viral «falso» de la interleuquina 1 beta, es muchísimo más efectivo inhibiendo la inflamación que los fármacos que existen en el mercado para tratar enfermedades en las que la inflamación es un gran problema. Y mediante ingeniería genética podemos obtener el gen del virus e introducirlo en bacterias o levaduras para conseguir suficiente receptor como para poder servir al público.

El ARN de interferencia ha supuesto toda una revolución en el mundo de la biología molecular. Resulta que si conocemos la secuencia de un gen, podemos diseñar secuencias complementarias que se unirán a sus ARNs, así se forman ARN de doble cadena «artificiales» que DICER cortará igualmente. La expresión de dicho gen se verá muy reducida, sino completamente silenciada. Así podemos saber si un gen es esencial para una función determinada, sin tener que eliminarlo.

Pero sacar información de batallas siempre ha sido más fácil que meter mano en ellas.

Estamos aprendiendo las reglas que las dominan y como actúan las dos partes en su guerra. Actualmente no se entiende la investigación básica en inmunología sin utilizar patógenos. Y es que saber los genes que activan o inhiben, muchas veces nos da información de para que sirven dichos genes.

También aprendemos que los patógenos que son más agresivos, lo son porque llevan menos tiempo evolucionando con nosotros y no han aprendido como pasar desapercibidos en nuestro interior. La consecuencia de todo esto es que llaman tanto la atención, que producen una respuesta exagerada que puede llegar a causar la muerte. Así ocurre con virus como el ébola, el VIH, y por eso se le tiene tanto miedo a la gripe aviar.

Por último, saber que estamos entrometiéndonos en medio de una guerra de millones de años, nos pone también en nuestro sitio. Nos ayuda a entender porqué se obtuvo protección con algunas vacunas del pasado , y porqué no conseguimos los mismos resultados para algunas patologías actualmente. Y es que por mucho que sepamos, no es nada fácil entrometerse en mundos tan pequeños y a la vez tan sofisticados.

La Paradoja del Mosquito

Múltiples son las enfermedades transmitidas por mosquitos (malaria, leishmaniosis, dengue…) y múltiples son también las estrategias diseñadas para combatirlas.

Quizás una de las más obvias, sea combatir al vector de la enfermedad: eliminar el mosquito. Como consta en el saber popular: «muerto el perro, muerta la rabia«. Desgraciadamente, para toda norma existen excepciones.

La excepción en este caso está representada por la pareja Aedes (mosquito) y el Dengue (virus). La fiebre del dengue (DF) y dengue hemorrágico (DHF) son enfermedades causadas por virus de la familia flavivirus y que se caracterizan por altas fiebres, acompañadas de fuertes dolores en las articulaciones. La cosa se complica en el caso de las fiebres hemorrágicas donde la vida del paciente puede verse comprometida.

Un consorcio internacional de investigadores usando datos del Ministerio de Salud de Thailandia ha publicado un artículo en PLoS Neglected Tropical Diseases en el que afirman que si el número de mosquitos disminuye por debajo de un valor umbral, aumentan en un 40% los casos de DHF.

Yoshiro Nagao, de la Osaka University Graduate School of Medicine en Japón, propone una explicación respaldada por modelos informáticos. Cuando vives rodeado de mosquitos infectados lo más probable es que pase muy poco tiempo entre que sufres la enfermedad y recibes nuevas picaduras. Que la frecuencia sea tan alta es lo que hace que el sistema inmunológico mantenga una fuerte memoria y sea capaz de responder duramente a las infecciones. Aunque de vez en cuando se produzca enfermedad, los síntomas son leves.

Lo mismo ocurre con el paludismo. Hay gente que viaja a zonas con peligro de malaria y no toma antipalúdicos, ya han sufrido tantos paludismos en el pasado, que ahora, como mucho le toca cama uno o dos días, como una gripe pasajera…

Pensad ahora que si reducimos mucho el número de mosquitos, las infecciones se espacian en el tiempo, y el sistema inmune, aunque mantenga algo de memoria (que siempre se genera), no tiene al patógeno tan reciente, ni número suficiente de anticuerpos circulantes. Entonces aumentan los casos complejos de fiebres hemorrágicas severas.

Aún así como siempre en ciencia, existe cierta controversia ante las afirmaciones del artículo. Otros expertos en Dengue como Duane Gubler de la University of Hawaii critica al modelo porque asume que todos los aedes y todas las variantes de virus que producen Dengue son iguales, cuando existen claras diferencias entre la distribución de los primeros y la infectividad de los segundos.

Lo que si es cierto es que una medida de control OBVIA podía dejar de ser TAN OBVIA y habría que tenerla en cuenta en el control de esta y otras enfermedades.

Vaccinia in Movement

¿Os acordáis del vídeo de Listeria? Pues bien, muchos virus (hoy vaccinia) utilizan mecanismos similares para moverse por el interior celular. Despolimerizan y polimerizan actina (primer vídeo) o se asocian a las grandes autopistas celulares, los microtúbulos (vídeos 2 y 3). En el vídeo «The inner life of the cell» se veía perfectamente una vesícula moviéndose por los microtúbulos…

Creo que es un punto de vista bastante desconocido en general, ya que se tiende a pensar que los patógenos se mueven solitos, como si todos tuvieran flagelos o sino «flotaran» dirigíendose donde quieren. Lo que hacen es aprovecharse de los mecanismos de transporte celular y de la naturaleza dinámica de muchas estructuras que pueden romperse para hacerse de nuevo como si de LEGOS se tratara.

Inteligencia Molecular

Trabajar en el desarrollo de vacunas frente a enfermedades prevalentes implica leer, hablar, asistir a cursos,charlas, congresos… que versan sobre la interacción del sistema inmune y determinados patógenos. Es lo que nos gusta y ello nos hace encerrarnos en minúsculos espacios y ponernos batas y guantes.

Conforme ahondas en la interacción patógeno-sistema inmune te das cuenta de que a nivel molecular existen unos «patrones de comportamiento» sumamente inteligentes. Si es fascinante ver determinadas conductas «inteligentes» en animales cuyo desarrollo del sistema nervioso es inferior al nuestro (más fascinantes cuanto más inferior), la biología vegetal nos deja con la boca abierta, ya que existen algunos mecanismos difíciles de entender sin sistema nervioso, sin haber sido «pensados». Pero las plantas toman un papel secundario cuando observas «estrategias» de protozoos, bacterias y virus. (Obsérvese que los virus ni siquiera se consideran SERES VIVOS, aunque con los artículos que vaya escribiendo espero suscitar una opinión diferente). Pongamos como ejemplo éstos últimos:

Se sabe que desde que existe el sistema inmune, existen los virus. Y su evolución ha ido de la mano. El sistema inmune generaba la ley, y el virus la trampa. Al virus se le ocurría una nueva trampa, y el sistema contra-atacaba con una nueva ley. Así millones de años.

Como la evolución no es un proceso finalizado, los que  «espiamos» el mundo microscópico, descubrimos algunos mecanismos que parecen acontecimientos históricos,vestigios de un pasado, algunas interacciones que son tan elaboradas que rozan la perfección, y algunas que aún les quedan siglos de limar y limar asperezas.

Una de las mayores motivaciones de escribir en este blog nació recopilando información de éstas «guerras moleculares». A veces, llegas a tal grado de fascinación, que te nace explicar y comentar lo sucedido, porque te parece demasiado grande para que el resto de la humanidad lo desconozca. Siempre se me ha dado bien contar «batallas», espero que las moleculares no sean la excepción.

Creo que queda suficientemente introducido el tema…Permanezcan atentos a sus pantallas…