Investigadores de la Facultad de Ciencias, el Instituto de Investigaciones Biológicas Clemente Estable y la Facultad de Medicina descubrieron nuevos aspectos de la reproducción del parásito Trypanosoma cruzi, causante de la enfermedad de Chagas, que podrían ayudar a buscar nuevas estrategias para combatirlo.
Si tomamos literalmente la idea de no disparar al mensajero cuando no nos gusta el mensaje, bien haríamos en no agarrárnosla con la vinchuca y sí con el Trypanosoma cruzi, el organismo unicelular que causa el mal o enfermedad de Chagas. La vinchuca de la especie Triatoma infestans, que se alimenta de sangre de distintos animales, era oriunda de Bolivia y el Chaco, donde también se alimentaba de los humanos, ya que se adaptó muy bien a convivir con ellos en sus viviendas. Con la expansión del imperio inca, y luego con la llegada de la colonización europea, las vinchucas bolivianas y chaqueñas también jugaron a la colonización y se establecieron en otras regiones del continente sudamericano.
En Uruguay estas vinchucas fueron introducidas por los europeos, ya que, como reseña Roberto Salvatella en 2016, “las tolderías de los indígenas nómades no eran refugio para este insecto”, que ingresó al territorio por Colonia y Soriano, “donde comenzaron los asentamientos de la Banda Oriental”, entre 1700 y 1730, y por Artigas, Rivera y Tacuarembó, “donde estaban establecidos los puestos sureños de las estancias jesuíticas (1700-1750) con las vaquerías de Paraguay y el sur de Brasil”. La vinchuca introducida se adaptó muy bien a las construcciones que los europeos trajeron a lo que hoy es Uruguay, y como resultado de ello, el parásito Trypanosoma cruzi, que hacía parte de su ciclo vital en ellas y luego pasaba a animales ‒que el insecto usaba, cual Drácula, como fuente de alimento‒, comenzó a valerse de los habitantes de estas tierras también para hacer de las suyas. En este país, el Trypanosoma cruzi también vio que tenía chances de cumplir su ciclo en la vinchuca nativa Triatoma rubrovaria, pero como a esta especie no le gustan los hogares humanos, no es un vector de relevancia para la enfermedad.
Como consecuencia de llevar a un animal de su ambiente natural a otras partes, varios siglos después el mal de Chagas, la enfermedad que ocasiona el parásito Trypanosoma cruzi en los humanos, y cuyo vector mayoritario es la vinchuca Triatoma infestans, causa verdaderos estragos en la salud de la población rural de varias regiones de Sudamérica. Se estima que la enfermedad, descrita en 1909 por el brasileño Carlos Chagas, afecta hoy a unos ocho millones de personas de nuestro continente, causa unas 10.000 muertes al año y, para hacer las cosas más graves, se calcula que unos 65 millones de personas están en riesgo de contraerla debido a las condiciones precarias en las que viven. Zonas rurales, Sudamérica, condiciones precarias... todo ello lleva a que el mal de Chagas sea considerada una enfermedad desatendida u olvidada. ¿Cómo puede alguien olvidarse o desatender una patología que afecta a varios millones de personas? “Las enfermedades que no son rentables son dejadas de lado”, nos decía al respecto Carlos Robello, investigador que lleva más de 20 años estudiando el Trypanosoma de Chagas.
Sin embargo, esta nota no es sobre la enfermedad ni sobre la vinchuca que le sirve de vector. Esta nota es sobre el protista unicelular Trypanosoma cruzi, quien al ingresar a nuestras células nos enferma. Es un bicho espectacular: se considera que es parte de uno de los linajes más antiguos de los organismos eucariotas (que tienen un núcleo en su célula donde está contenido el material genético) que incorporaron mitocondrias, organelos que vendrían a ser las plantas de energía celular. Las células de nuestro cuerpo también son eucariotas. Lejos, millones de años atrás en el tiempo, compartimos un antepasado común con estos parásitos antiquísimos. Y si bien vamos a hablar de ellos, los verdaderos protagonistas de esta nota son las investigadoras e investigadores que desde hace décadas lo vienen estudiando. Su trabajo consiste en comprender cómo funciona este parásito veterano, algo que podríamos catalogar como ciencia básica, pero al avanzar en el entendimiento de cómo hace las cosas que hace, también abre puertas para encontrar formas de vencer esta enfermedad.
Así que les propongo ahora ir al encuentro de María Ana Duhagon y Santiago Chávez, ambos del Laboratorio de Interacciones Moleculares de la Facultad de Ciencias y del Departamento de Genética de Facultad de Medicina, de la Universidad de la República, y de José Sotelo, del Departamento de Genómica del Instituto de Investigaciones Biológicas Clemente Estable (IIBCE), donde también investiga Chávez. Los tres, junto a sus colegas uruguayos Pablo Smircich y Beatriz Garat, y extranjeros, acaban de publicar un maravilloso artículo científico que revela secretos de cómo este parásito primitivo comienza a reproducirse. Como es distinto a nosotros, cada diferencia que presenta puede ser una oportunidad para torcerle el brazo.
El valor de la cooperación
Cuando nos encontramos con Duhagon, Chávez y Sotelo en el IIBCE, lo primero que salta a la vista es el trabajo colaborativo, que como vimos involucra a dos facultades de la Universidad de la República y al instituto de investigación que pertenece al Ministerio de Educación y Cultura. “Toda la ciencia que se hace hoy, y especialmente esta, que es de alto costo y que tiene muchas partes, ya que implica biología celular, biología molecular, genómica, bioinformática, hay que hacerla en equipo. Y acá, entre todos, hay un equipo formado”, dice Sotelo, quien además reconoce que en este equipo “la base sólida sobre el parásito es el trabajo de la gente de la Facultad de Ciencias, en particular de María Ana [Duhagon] y Beatriz Garat”.
No sé si en la ciencia uno se para sobre hombros de gigantes, pero sin dudas que se catapulta desde los trampolines que van dejando otros colegas (todo depende de si uno se considera un gran genio, como Isaac Newton, uno de los referentes de esa frase, o si cree en el trabajo colaborativo en el que cada uno hace aportes y lo gigantesco es sólo el resultado de lo logrado por todos). “Hay un montón de gente que trabaja en este parásito en nuestro país, hay varios grupos, y sobre eso también parte nuestro trabajo”, dice Duhagon. Sotelo aprovecha para reconocer a Bruno Dallagiovanna, Carlos Robello, Fernando Álvarez y Beatriz Garat como los pioneros en el trabajo de biología molecular y el estudio del genoma de este parásito en Uruguay.
Un parásito antiquísimo y una enfermedad sin cura
“Trypanosoma cruzi representa una belleza muy particular desde el punto de vista biológico, porque es un ser muy antiguo que utiliza mecanismos moleculares diferentes a los de otros organismos”, dice Duhagon. “Se descubrieron fenómenos de la biología molecular muy importantes en estos parásitos, en particular en su parásito hermano, el Trypanosoma brucei, que es africano y provoca la enfermedad del sueño”, agrega.
“Estos organismos se quedaron con mecanismos de funcionamiento que han permitido ver cosas que no se dan en las células de humanos y otros organismos”, afirma Duhagon. Como sostienen en su publicación, los tripanosomátidos ‒así se denomina al conjunto de estos organismos‒ “abrieron el camino a entender fenómenos que estaban sucediendo en otros organismos de evolución más tardía pero que se habían menospreciado porque no eran los mecanismos mayoritarios”.
Los Trypanosoma tienen aspectos llamativos. “Tienen cosas de bacterias, cosas de plantas y cosas que también se ven en los eucariotas modernos”, afirma Duhagon con cierta fascinación. Y a modo de adelanto de lo que es el centro del artículo que publicaron recientemente en la revista mSphere, apunta que “es un parásito que tiene un ciclo proliferativo muy diferente al de los eucariotas modernos y que regula su expresión génica de una forma bien distinta”. Ya veremos eso de la expresión génica con más detalle.
Pero antes pasemos a una cosa bastante peculiar: si bien es un organismo muy antiguo, si bien la enfermedad que causa lleva más de un siglo y una década de descrita, el mal de Chagas aún hoy carece de cura, salvo en una breve ventana inicial.
“Creo que hay varias razones para que aún no exista una cura para esta enfermedad, entre ellas que es una enfermedad de la pobreza, y la pobreza no se cura tan fácil”, reflexiona Duahgon. “En la medida en que tengas un vector y un parásito y la gente siga viviendo en las condiciones en las que vive en los lugares donde se infecta, erradicar vectores es muy difícil” agrega.
Sin embargo, Uruguay lo ha hecho. “Aunque aquí tenemos enfermedad de Chagas, es principalmente la que se transfiere de la mamá al bebé. Son casos muy específicos de infecciones causadas en otros países. Esos casos, contados, se siguen en el Instituto de Higiene, pero nosotros no vemos pacientes ni tenemos el vector”, dice Duhagon, que explica que en el país se logró un adecuado control del vector.
En efecto, en 2012 Uruguay recibió la certificación de la Organización Panamericana de la Salud que lo reconoce como el primer país de América Latina “libre del insecto que transmite el mal de Chagas”. Ya en 1997 Uruguay había logrado controlar “la transmisión vectorial y sanguínea de la enfermedad”, mientras que en 2011 consiguió eliminar “de su territorio la presencia del insecto transmisor”.
“Hay dos fármacos aprobados a nivel mundial que si se aplican a tiempo en la primera fase de la enfermedad la curan, aunque tienen varios efectos secundarios. El problema son los pacientes que quedan con la enfermedad crónica, es decir, incurable. Ahí sí la calidad de vida desciende, así como la tolerancia al tratamiento farmacológico”, dice Duhagon. Su colega Chávez parte desde donde ella la dejo picando: “Eso también colabora con la desatención de la enfermedad, porque ocasiona más morbilidad que mortalidad. El Chagas es una enfermedad que muchas veces se lleva sin diagnosticar y que afecta muchísimo la calidad de vida. La falta de diagnóstico y tratamiento en zonas rurales y alejadas contribuye también a esa desatención”.
La lógica de nuestro mundo tampoco puede estar ausente. Duhagon la hace presente: “Hacer fármacos para países del tercer mundo no es lo mismo para las empresas farmacéuticas que hacerlo para países con mayor poder adquisitivo”. Buscar nuevas formas de combatir la enfermedad ocasionada por este parásito es entonces necesario. “Un investigador se siente reconfortado al saber que está haciendo algo por este tema. Más aún cuando si no lo hacemos nosotros, los que vivimos en la región, no lo va a hacer nadie. Entonces, estas cositas que hacemos, tal vez a la larga, ayuden a que mejore la situación de la gente”, dice Duhagon. Y su trabajo es una gran “cosita” en ese sentido.
Aprovechando las diferencias
“Cuando la célula se divide, la regulación de la transcripción de los genes suele ejercer una función muy importante”, afirma Chávez. “Este parásito no regula el inicio de la transcripción. Partiendo de ese escenario, en el que sabemos que el parásito es distinto, queríamos entender la biología molecular y cómo hace para dividirse”, prosigue. “Ahí es donde es importante la traducción y donde enganchamos con el grupo de José Sotelo, que había hecho un primer análisis global de la traducción con la metodología que Sotelo desarrolló durante su trabajo en Estados Unidos”, explica. Para entenderlo, repasemos algunos conceptos de la genómica funcional.
Los procesos biológicos son complejos, pero hablando nos entendemos. Más o menos podríamos decir que mediante el genoma conocemos cuáles son los genes de un organismo dado. Los genes están hechos de ADN, pero el ADN, si bien es famoso, se lleva más crédito del que se merece, ya que sólo guarda las instrucciones para fabricar las proteínas, pero no se ensucia las manos. En lugar de ello, los genes, que contienen ADN, le pasan las instrucciones al ARN, una molécula pequeña e inestable que es una copia parcial de regiones del ADN. Ese pasarle la información al ARN se denomina transcripción. El gen que se transcribe se dice que está encendido, mientras que cuando no lo hace se considera apagado. El resultado de esa transcripción son moléculas de ARN mensajero y otros tipos de ARN.
A los efectos de esta breve explicación, digamos que los ARN mensajeros son los que, al entrar al ribosoma, la fábrica celular de proteínas, guían su síntesis. El ADN sería entonces el que tiene el know how, pero el ARN es el proletario que efectivamente trabaja. En la jerga genómica, el ARN mensajero se traduce en proteínas. Pero no todos los ARN mensajeros entran a la fábrica, o aún entrando en ella, no todos se ponen a trabajar igual. Mediante el traductoma puede saberse cuáles de esos ARN mensajeros efectivamente lograron la síntesis de la proteína que codifican. De esta manera, el traductoma vendría a ser como una especie de inspección de trabajo en la que queda patente qué ARN mensajeros se tradujeron y cuáles no, permitiéndonos comprender mejor qué proteínas está construyendo una célula, lo que se conoce como el proteoma. Y esto es de vital importancia si queremos entender a cómo Trypanosoma cruzi hace su división celular dentro de nuestro cuerpo.
Como decía Chávez, este parásito no hace un control de su transcripción al iniciar la fase que lo llevara en convertirse en dos parásitos idénticos. ¿Qué hacen los Trypanosoma para que digamos que no controlan la transcripción? “Transcriben todos sus genes juntos, pero eventualmente necesitan que determinados genes tengan más expresión y determinados menos, o sea, que produzcan más o menos de la proteína que codifican”, explica Chávez. Es que casi todo lo que sucede en las células es posible gracias a las proteínas. Si todos los genes se trascriben a ARN mensajero, eso podría llevar a que se fabricaran todas las proteínas, lo que no tiene sentido, ya que sólo algunas de ellas y en determinados momentos son necesarias para que la célula haga una copia de sí misma. Los investigadores pensaron, entonces, que la regulación de cuáles proteínas se fabricarían y cuáles no debería ser posterior a la transcripción, y apostaron entonces a observar la traducción de ARN mensajeros.
“La pregunta que nos movió es saber cómo hace este parásito para sustituir la regulación transcripcional de la replicación celular que tienen otros tipos de organismos por otro mecanismo alternativo”, afirma Duhagon. “Eso puede luego ofrecer una oportunidad terapéutica, porque tal vez podamos encontrar un lugar en el que podamos atacar a un parásito que, en ese aspecto, se replica de una forma muy distinta a la de nuestras células. Aunque eso no forma parte del objetivo de nuestro trabajo, es un aspecto atractivo, porque nos enfocamos en algo que funciona distinto”.
Lost (y encontrado) in translation
“En el transcriptoma uno va a ver el conjunto de ARN mensajero que se transcribieron y van a dar lugar a las proteínas, que son las que van a hacer todas las funciones en la célula. El transcriptoma nos permite mirar ese primer paso, y a partir del genoma, ver cuáles de los genes del parásito son los que se transcriben”, dice Chávez.
“Esto es posible gracias al salto de capacidad de análisis que trae la genómica a todos los problemas de la biología en los que están involucrados los genes y su actividad”, añade Sotelo. “Los humanos tenemos poco más de 20.000 genes. Este parásito tiene unos 10.000. Entonces, durante el ciclo de reproducción de este parásito, hay una enormidad de eventos que hoy se pueden observar con la genómica”, argumenta. Pero al Trypanosoma cruzi siempre le gusta hacer notar que es diferente. “Durante la replicación celular, transcribe los 10.000 genes al mismo tiempo. La pregunta es, entonces, cuál de esos genes transcritos se traduce y forma una proteína. Y ahí hay un punto grande de control, y el parásito es muy dependiente de esa regulación”, afirma Sotelo. Y eso fue lo que intentaron ver.
Tomaron los Trypanosoma cruzi, los cultivaron en la Facultad de Ciencias y los sincronizaron mediante una técnica desarrollada por Duhagon tiempo atrás para su doctorado, ya que de nada servía observar los genes de cantidades enormes de parásitos en distintas fases de su ciclo celular (en unos cinco mililitros de muestra puede haber millones de parásitos del mal de Chagas). Cuando los tripanosomátidos comenzaban la fase inicial de la replicación ‒que da la orden para duplicar el ADN y preparar a la célula para hacer una copia idéntica de sí misma‒ extrajeron los ARN mensajeros, los ribosomas que fabricaban proteínas, así como las proteínas que estaban siendo producidas antes y después del inicio de la síntesis de ADN. En otras palabras, hicieron un análisis multiómico: salvo el genoma, que da información de los genes del organismo y que ya es conocido, realizaron el transcriptoma (ver qué ARN mensajeros se producían), traductoma (ver qué ARN mensajeros se traducían a proteínas) y el proteoma (ver qué proteínas se tradujeron).
“La escala de este tipo de estudios te provee de un gran barrido para encontrar propiedades nuevas, eso que llaman ‘culpable por asociación’”, explica Sotelo. “Uno conoce el fenómeno, que es que la célula que se dividió pasa por G1, que es la etapa de crecimiento del bicho, lo siguiente que hace es replicar su ADN y después se prepara para dividirse nuevamente. Así dicho parece sencillo, pero cada avance de las agujas de este reloj está finamente regulado en cada paso”, añade. “Ocurren un montón de cosas en una gran cantidad de genes a escala transcriptómica, traductómica y proteómica, y un poco por asociación y descubrimiento, puede verse qué cosas ocurren en paralelo. Al comparar con los otros modelos de replicación celular podemos ver qué cosas hay en común y qué cosas son diferentes en este parásito”, amplía Sotelo, que confiesa: “La escala de lo que podemos observar es conmovedora, es impactante incluso para mí, que vengo haciendo esto desde hace tiempo”.
Resultados pioneros
El trabajo publicado muestra que la regulación de la expresión de los genes para dar origen a dos células del parásito causante de Chagas debe suceder en algún momento posterior a la transcripción. “Notamos que hay una regulación de la traducción de muchas proteínas interesantes más fuerte que en otros organismos”, afirma Duhagon.
Pero tienen una sospecha de cómo podría darse. A las moléculas de ARN se les pueden unir proteínas que hacen que el ARN sea más estable o que se degrade. “Santiago encontró e identificó unas proteínas, que en inglés se llaman ARN binding proteins [proteínas de unión al ARN], que en estos parásitos podrían ser los sustitutos de los factores de transcripción que tenemos los ‘grandes’ eucariotas. Él está trabajando ahora en esas proteínas para ver si son efectivamente las que regulan la traducción en la fase de entrada a la fase de síntesis de ADN necesaria para la replicación celular”, adelanta Duhagon. “Esas proteínas podrían ser la que están haciendo que el parásito prolifere. Si fuera así y encontráramos la forma de atacarlas, dado que estos organismos eucariotas son tan distintos a nuestras células eucariotas, tendríamos un blanco para fármacos que no afectarían las células del huésped”, dice entusiasmada.
Establecer formas de apagar los genes que terminan en la traducción de esas proteínas, encontrar mecanismos que ataquen a las proteínas para evitar que se adhieran al ARN u otras formas que superen la capacidad de imaginación de un humilde divulgador científico serían entonces de gran ayuda, sabiendo que además eso no debería afectar a nuestras propias células. Duhagon asiente: “Si uno puede pegarle a esta forma en que regulan la proliferación, hacer un bloqueo de esas proteínas parecidas a ciclinas, que son muy distintas a las nuestras y que además intervienen en un proceso que no se da así en nosotros, es prometedor. Eso no lo perdemos de vista, si bien nuestro trabajo es de investigación básica”.
En el trabajo afirman: “Esta es la primera evaluación simultánea del transcriptoma, traductoma y proteoma de los tripanosomátidos”. Nuestras investigadoras e investigadores son pioneros.
“En el trabajo lo decimos en tripanosomátidos, pero en realidad hay muy pocos trabajos en general que hagan esto. En ciencia hay veces que no gusta que digas que es la primera vez que se hace algo”, dice Duhagon, que incluso confiesa que un revisor los “rezongó” un poco por esto. Pero en el texto final, como vimos, esa parte quedó.
“No nos bajamos del caballo, porque realmente fue la primera vez. Sabemos que para otra gente que está en el área no es menor tampoco que esto que hicimos se haya hecho por primera vez en este organismo. Y no lo dejamos como una propaganda amarillista o para darnos notoriedad, sino que hay razones de peso para comunicar que es la primera vez que se hace esto. Se trata de un parásito muy particular, que no regula la transcripción; en su ciclo celular nunca nadie miró la importancia que tenía la traducción ni el efecto que eso tenía en la proteómica en un proceso rápido, es algo que pasa en horas”, agrega. “Transcriptoma, traductoma, y proteoma son herramientas relativamente nuevas pero que ya llevan un tiempo. No es usual que un mismo estudio se reporten las tres en paralelo. Ahí es donde insistimos ante los revisores”, aporta Chávez.
Para lograr hacer este análisis con los mismos organismos y las tres técnicas se requirió trabajo y colaboración. El trabajo con los parásitos se realizó en la Facultad de Ciencias; la traductómica, en el IIBCE; y la secuenciación de ácidos nucleicos se hizo en Estados Unidos. La parte de proteoma se hizo con un grupo de Inglaterra. Y todo se pagó con un fondo de investigación de la Comisión Sectorial de Investigación Científica (CSIC) de la Universidad de la República. Nada de ello sería posible sin una línea de trabajo en Trypanosoma que lleva años en las tres instituciones.
“La acumulación del conocimiento y la experiencia lleva muchos años, y más en condiciones frágiles. Eso es lo que se puede afectar tremendamente cuando se desregula el financiamiento o se desarman departamentos o institutos”, reflexiona Sotelo. “El método para coordinar los ciclos lo aprendió Duhagon en su doctorado. Recién cuando estuvieron las herramientas genómicas para analizar qué sucedía, años después de haber logrado esa sincronía, pudimos hacer este trabajo. Le propusimos a Santiago si le interesaba este problema para su doctorado y le pasamos la antorcha, y él hizo todos los experimentos y análisis de este trabajo, que es gran parte de su investigación de posgrado por el Pedeciba. Ahora es él quien está en la trinchera acumulando todo ese conocimiento previo de varios grupos, tanto de este país como del exterior”, afirma.
“Este trabajo abre más puertas que las que cierra”, dice Chávez. Esperemos, entonces, que los vaivenes de las políticas de ciencia y tecnología permitan seguir haciendo girar pestillos y asomarnos no sólo a cómo funcionan los seres vivos, sino también a la posibilidad de que eso que vemos tras la puerta pueda servir, tal vez, a que mucha gente viva mejor.
Artículo: “Extensive Translational Regulation through the Proliferative Transition of Trypanosoma cruzi Revealed by Multi-Omics”
Publicación: mSphere (setiembre 2021)
Autores: Santiago Chávez, Michael Urbaniak, Corinna Benz, Pablo Smircich, Beatriz Garat, José Sotelo, María Ana Duhagon.