"De entre los tres principales males de la humanidad: el hambre, las guerras y las enfermedades esta última es, con diferencia, la más terrible"
A muy poca gente le interesa la ciencia, muy poca gente entiende la ciencia, muy poca gente respeta o admira a los científicos... sin embargo, cuando nuestro mundo cotidiano se ve amenazado por fuerzas que solo la ciencia puede explicar, recurrimos a ella para que nos rescate. La ciencia está permitiendo a la humanidad ganar la batalla contra el virus SARS-COVID19 y los héroes de esta histórica batalla no son políticos, ni militares, ni por supuesto "influencers", son epidemiólogos, biólogos moleculares, genetistas o matemáticos.
La pandemia mundial provocada por el virus SARS-COVID19 ha vuelto a poner de relieve una realidad que parecía lejana en los últimos años: los seres humanos compartimos el mundo con una inmensa cantidad de microorganismos infecciosos. De hecho, desde que la evolución permitió la existencia de organismos complejos existe una titánica y constante lucha por la supervivencia entre estos y organismos más simples que viven y prosperan gracias a ellos. La lucha es tal que ningún organismo complejo sin un sofisticado sistema autoinmune puede sobrevivir en este mundo. Paradójicamente, sin esta lucha despiadada, muy probablemente, nosotros no existiríamos. La existencia de la reproducción sexual y la evolución de seres complejos no podría suceder sin la presión evolutiva de estos microorganismos parásitos. En este artículo analizaremos el comportamiento del que es, con mucha diferencia, el organismo que más vidas ha segado de toda la historia de la humanidad. El comportamiento de este organismo pone de manifiesto una enorme sofisticación producto de millones de años de evolución y demuestra, una vez más, que está terrible lucha por la supervivencia entre organismos parásitos y organismos que actúan como huésped continua actualmente.
Plasmodium: el azote de la humanidad
Se estima que, a fecha de hoy, han fallecido unos 3,3 millones de personas en todo el mundo debido al COVID-19. Solo en 2019 el plasmodium infectó a 229 millones de personas causando unas 400.000 muertes en todo el mundo. Entre 1980 y 2010 la malaria acabó con la vida de entre 1.200.000 y 2.780.000 personas cada año, lo que supone entre 36 y 83 millones de muertos mayoritariamente en África. Lo más terrible de esta enfermedad es su permanencia a lo largo de los siglos, se estima que lleva infectando a los humanos a lo largo de toda su historia. Para hacernos una idea de la magnitud de estas cifras, algunos cálculos estiman que el plasmodium podría haber matado a casi la mitad de todos los humanos que han existido, lo que supone miles de millones de muertes (hay que tener en cuenta que durante mucho tiempo la humanidad vivió solamente en África donde se dan la mayoría de las muertes). A continuación pondremos "cara" al mayor asesino de todos los tiempos:
Imagen plasmodium
La enfermedad que causa el plasmodium es la Malaria (también llamada Paludismo) y el organismo infeccioso se transmite a través de la picadura del mosquito hembra de la especie Anopheles.
El "extraño" comportamiento del plasmodium
El plasmodium es un organismo unicelular (compuesto por una sola célula eucariota) que entra en el torrente sanguíneo a través de la picadura del mosquito Anopheles.
Una vez dentro se desplaza hasta el hígado y se introduce en una célula hepática. Allí permanece más o menos una semana escondido para evitar ser detectado. A continuación regresa al torrente sanguíneo y se introduce en su siguiente morada: un glóbulo rojo. Los glóbulos rojos son las únicas "células" del cuerpo que no tienen núcleo y por tanto, no tienen ni cromosomas, ni genes ni ninguna "maquinaria" para fabricar proteínas. Estrictamente hablando un glóbulo rojo no es una célula sino un corpúsculo (básicamente un contenedor con unos pocos órganos básicos para transportar el oxígeno) fabricado por células madre óseas. Por tanto, ningún parásito, ni virus ni bacteria puede utilizar la maquinaria celular de un glóbulo rojo para hacer copias de su ADN y reproducirse. Pero entonces, ¿Porqué el parásito más mortífero de la historia eligió un hospedador tan pésimo para vivir y reproducirse? En el próximo apartado daremos la respuesta.
Una vez dentro del glóbulo rojo el plasmodium empieza a consumir la hemoglobina: genera unas enzimas que rompen los enlaces moleculares para obtener energía, sin embargo, el corazón de la molécula de hemoglobina contiene hierro (para poder adherirse al oxígeno y transportarlo) y el hierro, fuertemente cargado, es venenoso para el plasmodium. Es entonces cuando este organismo empieza a mostrar su "arsenal químico": el plasmodium neutraliza el hierro con enzimas y moléculas de hemozoína.
El proceso que sucede a continuación es tan extraño que no parece posible: el parásito modifica totalmente el glóbulo rojo para adaptarlo a su supervivencia y para esconderse del ataque del sistema inmune. El proceso es el siguiente:
Extiende una maraña de tubos y los sitúa en la membrana del glóbulo rojo para poder introducir los aminoácidos que necesita. A continuación el parásito despliega por el tubo unas proteínas denominadas chaperonas que ayudan a otras proteínas a desplegarse correctamente. Estas proteínas estiran y pliegan el esqueleto del glóbulo rojo reforzando y dando consistencia a su membrana.
Toda esta adaptación que el parásito realiza en el glóbulo rojo hace que su membrana pierda elasticidad lo que sería fatal cuando este tenga que transitar los finísimos tubos capilares. Además, el glóbulo rojo tiene que pasar regularmente por el bazo que se encarga de destruir los glóbulos rojos que tengan algún defecto en su membrana. Para evitar ser destruido en el bazo el parásito hace lo siguiente: despliega un nuevo conjunto de proteínas que forman una especie de ovillo dentro del glóbulo rojo. Esto le da a la membrana un aspecto de "piel de gallina". Después perfora esa especie de ovillo y fabrica sustancias pegajosas que pueden adherirse a los receptores que hay en las células de las paredes de los vasos sanguíneos y finalmente ¡se adhieren a las paredes de los vasos sanguíneos con una especie de gancho para apartarse del torrente sanguíneo y evitar ser destruido por el bazo! Finalmente, el parásito comienza a dividirse llenando lo que queda del glóbulo rojo de nuevos plasmodium hasta que estos salen al exterior y buscan nuevos glóbulos rojos para parasitar. Cuando hay grandes cantidades de glóbulos rojos infectados adheridos a las paredes el vaso sanguíneo se bloquea con graves consecuencias para el paciente.
El funcionamiento del sistema inmune humano
El sistema inmunológico humano es posiblemente, después del cerebro, el sistema más complejo y efectivo que existe en la naturaleza: es capaz de detectar el ADN de millones de intrusos diferentes, posee una enorme diversidad de células y mecanismos de comunicación entre ellas, posee memoria y complejos patrones de actuación para decidir que debe y que no debe ser atacado y con que intensidad. Su funcionamiento puede resumirse de forma esquemática en tres oleadas:
1- Activación de las moléculas de complemento
Las moléculas de complemento son moléculas que se adhieren a la membrana de todo organismo con el que se encuentran. Si el organismo es una célula humana el complemento no actúa ya que estas tienen moléculas especiales para desactivarlas pero si es un organismo invasor comienzan a adherirse y acoplarse a el para señalizar su posición a otras células del sistema inmune y para empezar a agujerear la membrana.
2- Actuación de los macrófagos
Los macrófagos son células del sistema inmune que poseen formas rudimentarias de reconocer invasores y que pueden absorberlos y digerirlos cuando se encuentran con ellos. Los macrófagos también liberan señales para avisar a otras células. Algunas de estas señales hacen que la zona infectada se inflame para relajar las paredes de los vasos sanguíneos y permitir que otras células del sistema inmune de vasos sanguíneos cercanos puedan acceder y combatir la infección (la típica inflamación en una herida infectada)
3- Actuación de células B y T
Con el tiempo suficiente, si la infección persiste, el sistema inmune lanza un ataque con células mucho más sofisticadas y eficientes: las células B y T. En las membranas de nuestras células existen una serie de receptores que se comportan como "cerraduras", solo pueden adherirse a ellas y "abrir" la cerradura las moléculas o "llaves" que tienen la forma tridimensional correcta. Las células B y T tienen un arma secreta: combinan los genes que fabrican los receptores de sus membranas para fabricar millones de "llaves" diferentes a las de cualquier otra célula del cuerpo. De esta forma, combinando genes de forma aleatoria, pueden fabricar ¡cientos de miles de millones de llaves diferentes! lo que les permitirá acoplarse a una enorme cantidad de moléculas distintas. Cuando uno de los invasores es engullido por un macrófago este le trocea en pequeñas moléculas (los antígenos) y las traslada hasta su superficie. Después se desplazan hasta los nódulos linfáticos donde están las células B y T con sus millones de llaves y prueban a ver si la molécula del invasor (la cerradura) encaja con alguna de las llaves. Esta es la clave del funcionamiento de las vacunas: si conocemos el fragmento de ADN que fabrica los receptores de la membrana de un virus como el Covid-19 podemos introducirlo en un virus inocuo para que este infecte una célula humana, esta fabricará la molécula del receptor del virus y la llevará hasta su membrana, a continuación, el macrófago se las "presentará" a las células B y T y estas fabricarán la "llave" adecuada para destruir el virus cuando vuelva a entrar. ¡Al final nuestra superviviencia depende de un ejercicio de combinatoria matemática!
Una vez reconocido el antígeno, las células T se multiplican rápidamente, fabricando todo un batallón de células con la misma "llave" para unirse a la "cerradura" que posee el invasor en su membrana y destruirlo.
El secreto del plasmodium: burlando el sistema inmune
A pesar de los inmumerables esfuerzos realizados todavía no existe una vacuna contra el plasmodium. Esto es debido, en gran parte, a su "arma secreta". Cuando las células B y T han detectado su presencia en las células del hígado comienzan a dividirse y a organizar el ataque a las células infectadas pero cuando esto sucede el plasmodium ya lleva una semana en el hígado y ha conseguido hacer unas 40.000 copias. Todas estas copias salen del hígado, se dirigen al torrente sanguíneo y se introducen en los glóbulos rojos. Una célula normal, cuando es invadida, fabrica proteínas de los receptores del invasor y las traslada a su membrana para que sean reconocidas por el sistema inmune, sin embargo, un glóbulo rojo no tiene genes ni ribosomas por lo que ¡no puede mostrar al exterior que es lo que hay dentro! ¡Este es probablemente el motivo por el que el parásito elige este extraño lugar para vivir!. Solo cuando el plasmodium saca el anclaje fuera de la célula para adherirse a las paredes del vaso puede ser reconocido. Sin embargo, en ese momento utiliza su arma secreta: el plasmodium posee un conjunto de más de cien genes para fabricar anclajes con diferentes formas tridimensionales y regularmente, cuando el sistema inmune está en proceso de reconocer el antígeno invasor cambia de gen y utiliza un anclaje diferente. ¡El parásito es capaz de utilizar una estrategia similar a la de nuestro propio sistema inmune, mezclando genes para cambiar la "cerradura" y evitar que encaje en la "llave" que fabrican las células B y T. Esta sofisticación solo puede ser lograda por células más complejas que los procariotas (virus y bacterias) por esto el plasmodium es tan difícil de eliminar.
El plasmodium y la evolución humana
Aunque parezca sorprendente, millones de personas en la actualidad poseen en su interior las huellas del azote de este organismo a lo largo de decenas de miles de años. Se piensa que el grupo sanguíneo "0" surgió debido a la presión evolutiva de este parásito. Numerosos estudios indican que los portadores de este grupo sanguíneo son más resistentes a la infección. La otra prueba del gran impacto de este organismo sobre la evolución humana es la permanencia de una enfermedad denominada "Anemia de células falciformes". Esta enfermedad de origen genético provoca que los glóbulos rojos tengan una forma de hoz en lugar de la forma circular usual lo que provoca que estos se queden atascados en los vasos más pequeños y se produzca un déficit de oxígeno en diversos órganos. Esta enfermedad no tiene cura y la evolución debería haberla hecho desaparecer debido a su gravedad, sin embargo, la enfermedad ha perdurado a lo largo de los años. ¿Por que? Porque confiere a sus portadores una "ventaja" evolutiva: la extraña forma de los glóbulos rojos hace que para el plasmodium sea más difícil infectarlos. La Malaria ha conseguido que perdure a lo largo del tiempo una enfermedad muy grave "solamente" porque confiere cierta inmunidad frente al plasmodium a sus portadores.
La batalla entre microorganismos y seres vivos complejos ha dirigido la evolución de estos últimos durante millones de años. Actualmente, por primera vez en la historia de la vida sobre la Tierra, la humanidad es capaz de fabricar medicamentos modificados genéticamente para eliminar estos agentes infecciosos. Gracias al enorme poder de la ciencia la humanidad está capacitada para ganar esa terrible batalla y salvar millones de vidas.
Fuentes: Parásitos, Carl Zimmer (2001)