Un grupo de científicos brasileños logró descifrar la estructura de una proteína hallada en parásitos que provocan enfermedades tropicales desatendidas y abrió el camino hacia el desarrollo de nuevos medicamentos. Con este descubrimiento, será posible buscar moléculas más potentes y capaces de destruir directamente a los patógenos, con menos efectos colaterales para los pacientes.

En dicha investigación, se detallaron características estructurales de la proteína desoxihipusina sintasa (DHS) hallada en el parásito Brugia malayi, uno de los que se transmiten a través de las picaduras de mosquitos y causantes de la elefantiasis (filariasis linfática), y en la Leishmania major, el protozoo responsable de la leishmaniasis cutánea.

La elefantiasis es una inflamación del sistema linfático que genera una acumulación de líquidos y deriva en una gran hinchazón (edemas) en las extremidades, fundamentalmente en las piernas, y en otras partes del cuerpo del enfermo. Esta afección limita los movimientos e impide que la persona mantenga sus actividades normales.

En tanto, la leishmaniasis cutánea produce lesiones en la piel, que tardan semanas o meses para aparecer después de las picaduras de los insectos. Las lesiones pueden perdurar durante años y dejar cicatrices similares a quemaduras. Entre los años 2003 y 2018, se registraron más de 300 mil casos de esta enfermedad en Brasil, de acuerdo con datos del Ministerio de Salud nacional.

Este estudio fue el tema de un artículo publicado en la revista especializada PLOS Neglected Tropical Diseases, cuyas primeras autoras son las doctorandas de la Universidad Estatal Paulista (Unesp), en su campus de la localidad de Araraquara, Suélen Silva, del Programa de Biotecnología, y Angélica Klippel, del Programa de Biociencias y Biotecnología Aplicadas a Farmacia y becaria de la FAPESP – Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de São Paulo, bajo la dirección del profesor Cleslei Zanelli.

Esta investigación se lleva adelante en el ámbito del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología (INCT) de Química Medicinal de Acceso Abierto, con sede en el Centro de Química Medicinal (CQMED) de la Universidad de Campinas (Unicamp). Cuenta con financiación de la FAPESP, del Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico – CNPq (ligado al Ministerio de Ciencia y Tecnología de Brasil) y de la Coordinación de Perfeccionamiento del Personal de Nivel Superior – Capes (ligada al Ministerio de Educación de Brasil).

El grupo obtuvo dos avances importantes con relación a la proteína DHS: la estandarización de una plataforma de estudio de la enzima para la Leishmania major, basada en células de levadura, y el montaje tridimensional de la molécula hallada en el protozoo de la elefantiasis.

Ahora, con la identificación de este nuevo blanco, se realizarán otras investigaciones, a los efectos de desarrollar o hallar moléculas inhibidoras que interrumpan los procesos bioquímicos mediados por la proteína y que eviten el avance de la enfermedad en el organismo.

En caso de que se encuentren inhibidores específicos para componer nuevos medicamentos, será posible reducir o incluso anular los efectos colaterales. Los actuales tratamientos para ambas enfermedades siguen generando efectos que van desde la fiebre hasta náuseas e insomnio. En el caso de la elefantiasis, algunos medicamentos ni siquiera logran eliminar a los gusanos adultos.

“En el Centro de Química Medicinal (CQMED) procuramos estudiar proteínas escasamente estudiadas y determinar sus estructuras cristalográficas. Esta publicación revela por primera vez la estructura de la DHS en estos parásitos. Empezamos con esos dos parásitos [Brugia y Leishmania], pero pretendemos extendernos a cuatro organismos, incluso al Plasmodium, causante del paludismo”, le comenta Katlin Massirer, investigadora principal del INCT y vinculada al Centro de Biología Molecular e Ingeniería Genética (CBMEG) de la Unicamp.

La cristalografía de proteínas constituye una herramienta esencial en el estudio de la estructura tridimensional de esas moléculas. Con ella se analizan las posiciones de los átomos y sus interacciones, lo cual permite comprender la acción en el organismo humano y de qué manera debe unirse a esa proteína un potencial fármaco. Este análisis ayuda a entender el funcionamiento de los fármacos para incrementar su eficacia.

En este estudio fue posible sintetizar in vitro a la enzima activa, de la manera en que actúa la DHS en el parásito, y montar un ensayo de su actividad. Esto permitirá efectuar el barrido de moléculas que pueden transformarse en nuevos medicamentos.

“Con base en la estructura, se logra detectar cómo es la proteína, para intentar encontrar las diferencias y encastrarle un inhibidor a la enzima del parásito, sin afectar a la proteína similar existente en los humanos. Esto constituye un gran desafío”, explica Klippel.

El camino

Según Massirer, el tiempo estimado entre las investigaciones y la salida al mercado de nuevos medicamentos es de entre 12 y 15 años en promedio, pero en el caso de enfermedades tropicales desatendidas (ETD) puede ser aún mayor por falta de estudios en el área. “Podemos decir que la etapa en que estamos equivale a dos años de ese trayecto”, afirma.

Se estima que las ETD afectan a alrededor de 1 500 millones personas en más de 150 países, fundamentalmente en las regiones más pobres del mundo. Además de las leishmaniasis y de la elefantiasis, entre las enfermedades listadas por la Organización Mundial de la Salud (OMS) como tropicales desatendidas se encuentran la enfermedad de Chagas, la esquistosomiasis, el dengue y el chikunguya, por ejemplo.

El 30 de enero de 2020 tuvo lugar por primera vez un evento que contó con la participación de más de 300 instituciones de investigación, organizaciones de la sociedad civil, empresas y gobiernos de diversos países que le dio marco al Día Mundial de las ETD. En la ocasión se celebra la firma de la Declaración de Londres, en el año 2012, que proyectó el control, la eliminación o la erradicación de diez enfermedades desatendidas para 2020, pero no todos los objetivos se alcanzaron.

El escaso interés en las ETD fue uno de los motivos que llevaron a Klippel a trabajar en el tema. “Durante mi doctorado procuré rescatar mi formación en farmacia e intenté dirigir la mirada hacia un área a la cual no se está enfocando. Apunté a participar en algo importante y que no era muy valorado”, dice. Y añade: “Cada etapa es una victoria. Obtuvimos una herramienta y ahora tenemos que dar el paso siguiente.”

Massirer comenta que, en el CQMED, la fase que viene consistirá en obtener la proteína DHS de las otras especies, al tiempo en que se buscan moléculas en diversos bancos, incluso en el exterior. Debido a la pandemia de COVID-19, el ritmo del trabajo ha sido menor. “Contamos con un centro montado que les permite a grupos de cualquier lugar de Brasil presentar proyectos inéditos, en una red de colaboradores”, afirma la coordinadora del INCT.

Entre las principales misiones del instituto se encuentra la de fomentar colaboraciones de investigadores de distintos centros para investigar proteínas poco estudiadas con el objetivo de expandir el impacto de los descubrimientos.

El CQMED es una Unidad de Innovación de la Empresa Brasileña de Investigación e Innovación Industrial (Embrapii). Se creó con el apoyo de la FAPESP a través del Programa de Apoyo a la Investigación en Asociación para la Innovación Tecnológica (PITE), en cooperación con el Structural Genomics Consortium (SGC), un consorcio internacional de universidades, gobiernos e industrias farmacéuticas que apunta a acelerar el desarrollo de nuevos medicamentos.

 enero 10/2021 (Dicyt)

Resultados de esta investigación, que cuenta con el apoyo de la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de São Paulo ( FAPESP), salieron publicados en la revista Emerging Infectious Diseases.

Los datos del análisis filogenómico indican que el protozoo ahora descubierto no pertenece al género Leishmania, que agrupa a más de 20 especies causantes de tres tipos distintos de leishmaniasis: visceral, cutánea y difusa (que provoca lesiones en la piel y en las mucosas).

Desde el punto de vista filogenético, la especie analizada en el marco de este estudio está más cerca de Crithidia fasciculata, un parásito de mosquito que no es capaz de infectar a los humanos o a otros mamíferos. Logramos infectar con él a ratones, por eso creemos que se trata de un nuevo protozoario, al cual proponemos denominar Cridia sergipensis, dijo João Santana da Silva, docente de la Facultad de Medicina de Ribeirão Preto de la Universidad de São Paulo (FMRP-USP) y miembro del Centro de Investigación en Enfermedades Inflamatorias (CRID), uno de los Centros de Investigación, Innovación y Difusión (CEPID) apoyados por la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de São Paulo (FAPESP).

El primer caso confirmado es el de un hombre de 64 años que fue atendido por primera vez en 2011 con un cuadro clásico de leishmaniasis visceral: fiebre, inflamación del bazo y del hígado y disminución de los valores de todos los tipos de células sanguíneas (pancitopenia).

Se le aplicó el tratamiento estándar y mejoró, pero experimentó una recidiva solo cuatro meses después. Entonces se lo trató con el mejor fármaco disponible para estos casos, la anfotericina B liposomal, y respondió bien, pero ocho meses después experimentó una nueva recidiva. En esa oportunidad desarrolló pápulas rojizas en la piel que se propagaron por todo su cuerpo, algo que no se observa en la leishmaniasis visceral, comentó Roque Pacheco Almeida, docente de la Universidad Federal de Sergipe (UFS), jefe del Laboratorio de Biología Molecular del Hospital Universitario e investigador asociado al Centro de Investigación e información para el Desarrollo (CRID).

Desafortunadamente, debido a las recidivas, sumadas a la ineficacia de los procedimientos terapéuticos sucesivos y a la diseminación de la enfermedad en la piel, el enfermo falleció luego de la cirugía a la que se lo sometió para extirparle el bazo, recomendada en casos graves que no responden al tratamiento, añadió.

Una biopsia realizada en las lesiones cutáneas reveló células de defensa repletas de parásitos que fueron aislados y criopreservados para la realización de análisis. Los investigadores también aislaron muestras de la médula ósea (durante la segunda y la tercera recidiva) y del bazo (luego de la ablación quirúrgica).

Inicialmente, el grupo imaginó que se trataba de una infección atípica por Leishmania infantum. No obstante, los resultados de la aplicación de los test moleculares existentes para el diagnóstico de este patógeno fueron todos no conclusivos en los estudios realizados con los parásitos aislados tanto en la médula ósea como en las lesiones de la piel.

Los ratones infectados con la muestra aislada en la piel del enfermo desarrollaron lesiones cutáneas y una leve lesión en el hígado. De manera sorprendente, la infección experimental con el nuevo parásito fue más agresiva en la piel que la registrada en los animales utilizados como grupo de control positivo (infectados con la especie Leishmania major, causante de la leishmaniasis cutánea). En tanto, los animales infectados con el parásito de la médula ósea exhibieron las manifestaciones típicas de la leishmaniais visceral, el hígado y el bazo infectados, pero sin ninguna alteración en la piel.

Nos percatamos entonces que ese enfermo podría estar infectado con dos parásitos distintos, y quizá esta sea la razón de la gravedad del cuadro, sostuvo Pacheco Almeida.

El genoma completo

En un intento por descubrir con qué estaban viéndoselas exactamente, los científicos decidieron realizar un análisis del genoma completo de los parásitos aislados en el enfermo.

Mandamos a secuenciar también muestras de otras especies de Leishmania que teníamos en el laboratorio, entre ellas la de L. amazonenses y la de L. braziliensis, además de la L. infantum, comentó Santana da Silva. Según el investigador , la idea era evaluar si existía alguna semejanza.

Los análisis de bioinformática que revelaron la cercanía filogenética de la nueva especie con la C. fasciculata se llevaron a cabo en Estados Unidos y estuvieron a cargo de José Marcos Ribeiro, del National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID), y Sandra Regina Costa Maruyama, investigadora vinculada al Departamento de Genética y Evolución de la Universidad federal de São Carlos (UFSCar), y contaron con el apoyo del Programa Jóvenes Investigadores en Centros Emergentes de la FAPESP.

Al comparar los genomas de los parásitos aislados en la piel y en la medula ósea, arribamos a la conclusión de que se trata de una misma especie, capaz de generar infección tanto en órganos internos como en la piel. También concluimos el análisis del genoma completo de parásitos aislados en otros dos enfermos de Aracaju que tampoco respondían al tratamiento y confirmamos que se trataba de la nueva especie. Deben secuenciarse y analizarse los genomas aún de otros 150 aislados, comentó Costa Maruyama.

Según la investigadora, resultados preliminares , obtenidos mediante el análisis de fragmentos del genoma identificados como claves para la caracterización de la especie, sugieren que la mayor parte de los protozoos presentes en los 150 aislados corresponde al perfil de Cridia sergipensis.

Mediante la aplicación de la bioinformática, logramos identificar zonas del genoma que son específicas de esta especie y las validamos experimentalmente. Con base en estos hallazgos, pudimos desarrollar un test molecular para la realización del diagnóstico del nuevo parásito. Simultáneamente, también se hizo necesario desarrollar un test molecular específico para la Leishmania infantum, como así también hubo que determinar cuál había sido el parásito que había infectado a los enfermos, e incluso si existe la coinfección, declaró Costa Maruyama.

Según la investigadora, el paso siguiente consiste dotar de mayor sensibilidad a esta metodología, de manera tal que el test molecular pueda aplicarse directamente en muestras de sangre de los pacientes con sospecha de la enfermedad.

Los interrogantes que persisten

Entre las prioridades de las investigaciones que apuntan los autores del artículo se encuentra la búsqueda de fármacos capaces de matar al nuevo parásito. Según Pacheco Almeida, ya se están realizando pruebas con diversos compuestos.

Otro reto consiste en descubrir cómo surgió el patógeno y a través de qué vectores llega a los seres humanos. Es posible que sea el resultado de un cruzamiento de la Leishmania con algún otro género, o producto de una mutación genética que dotó a Crithidia de la capacidad de infectar a los mamíferos. También es posible que siempre haya existido en la naturaleza y, a medida que los humanos fueron invadiendo su espacio, se fue volviendo más cercano, dijo Pacheco Almeida.

A juicio de Costa Maruyama, es fundamental descubrir si Cridia sergipensis es capaz por si solo de causar una enfermedad grave y potencialmente fatal o si los casos que se han registrado serían el resultado de una doble infección. Es posible que este nuevo parásito esté contribuyendo para agravar casos típicos de leishmaniasis visceral, dijo.

Esta hipótesis explicaría, según Pacheco Almeida, por qué la tasa de letalidad por leishmaniasis visceral en el estado Sergipe fue del 15 % en 2016, mientras que lo esperable sería de tan solo un 6 %. Los casos sospechosos pasaron por la atención del equipo médico de Infectología y Pediatría del Hospital Universitario de Sergipe, vinculado a la Empresa Brasileña de Servicios Hospitalarios (Ebserh).

octubre 26/2019 (Dicyt)

Artículo de referencia:

Maruyama SR, de Santana A, Takamiya NT, Takahashi TY, Rogerio LA, Oliveira C, et al. : Non-Leishmania Parasite in Fatal Visceral Leishmaniasis–Like Disease, Brazil. Emerg Infect Dis. 2019;25(11):2088-2092.

https://dx.doi.org/10.3201/eid2511.181548