El plancton guarda secretos para prevenir pandemias

zooplancton infectado

No todos los hospedadores son iguales en la transmisión del coronavirus y la exposición no determina directamente la infección

Ya sea plancton expuesto a parásitos o personas expuestas a patógenos, la respuesta inmune inicial del anfitrión juega un papel integral en determinar si ocurre una infección y en qué grado se propaga dentro de una población, sugiere una nueva investigación de la Universidad de Colorado en Boulder.

Los hallazgos brindan valiosa información para comprender y prevenir la transmisión de enfermedades dentro y entre especies animales. Desde gusanos planos parásitos transmitidos por caracoles a humanos en países en desarrollo, a los eventos zoonóticos de contagio de mamíferos e insectos a los humanos, que han causado pandemias globales como la COVID-19 y el virus del Nilo Occidental, la respuesta inmune de una criatura infectada es una variable vital a considerar al calcular lo que sucede a continuación.

"Uno de los patrones más importantes que estamos viendo en la ecología y la epidemiología de las enfermedades es el hecho de que no todos los hospedadores son iguales", dijo Tara Stewart Merrill, autora principal del artículo y becaria postdoctoral en ecología. "En la investigación de enfermedades infecciosas, queremos incorporar la inmunidad del hospedador a nuestra comprensión de cómo se propagan las enfermedades".

Los invertebrados son vectores comunes de enfermedades, lo que significa que pueden transmitir patógenos infecciosos entre humanos o de animales a humanos. Las enfermedades transmitidas por vectores, como la malaria, representan casi el 20% de todas las enfermedades infecciosas en todo el mundo y son responsables de más de 700.000 muertes cada año.

Sin embargo, los estudios epidemiológicos rara vez han considerado la inmunidad de los invertebrados y la recuperación en criaturas que son vectores de enfermedades humanas. Suponen que una vez expuesto a un patógeno, se infectará el hospedador invertebrado.

Pero, ¿y si fuera posible para los invertebrados combatir estas enfermedades y romper el eslabón de la cadena que las transmite a los humanos?

Mientras observaban una pequeña especie de zooplancton (Daphnia dentifera) a lo largo de su ciclo de vida y la exposición a un parásito fúngico (Metschnikowia bicuspidata), los investigadores vieron en acción este potencial. Parte del plancton fue bueno para evitar que las esporas de hongos ingresaran a sus cuerpos, y otros eliminaron la infección dentro de un limitado período de tiempo después de ingerir las esporas.

"Nuestros resultados muestran que hay varias defensas que pueden usar los invertebrados para reducir la probabilidad de infección, y que realmente necesitamos comprender esas defensas inmunológicas para comprender los patrones de infección", dijo Stewart Merrill.

zooplancton no infectado

Imagen: Un zooplancton (Daphnia dentifera) no infectado por el parásito fúngico Metschnikowia bicuspidate. Crédito: Tara Stewart Merrill

Recuperación inesperada

Stewart Merrill comenzó este trabajo en su primer año como estudiante de doctorado en la Universidad de Illinois, estudiando este pequeño plancton y su colección de defensas. Es un proceso espantoso si el plancton no logra protegerse del parásito: sus esporas de hongos atacan el intestino del plancton, llenan su cuerpo y crecen hasta que se liberan cuando finalmente muere el hospedador.

Pero observó algo que no se había registrado antes: se recuperó parte del plancton infectado. Varios años más tarde, descubrió que cuando se enfrenta a niveles idénticos de exposición, el éxito o el fracaso de estas infecciones depende de la fuerza de las defensas internas del anfitrión durante esta primera y limitada ventana de oportunidad.

Sobre la base de sus observaciones de estos resultados individuales, los investigadores desarrollaron un modelo probabilístico simple para medir la inmunidad del hospedador que se puede aplicar en los sistemas de vida silvestre, con importantes aplicaciones para las enfermedades transmitidas a los humanos por los invertebrados.

"Cuando las respuestas inmunitarias son buenas, actúan como un filtro que reduce la transmisión", dijo Stewart Merrill. "Pero cualquier cambio ambiental que degrade la inmunidad en realidad puede amplificar la transmisión, porque dejará pasar toda esa exposición y, en última instancia, se volverá infecciosa".

Es un modelo que también se puede aplicar a la COVID-19, ya que la investigación de la CU Boulder ha demostrado que no todos los hospedadores son iguales en la transmisión del coronavirus y la exposición no determina directamente la infección.

También se cree que la COVID-19 es el resultado de un vertido zoonótico, una infección que se trasladó de animales a personas, y modelos probabilísticos similares podrían ser ventajosos para predecir la aparición y propagación de futuros eventos de contagio, dijo Stewart Merrill.

Comprender la prevención de infecciones

Tara Stewart MerrillStewart Merrill espera que una mejor comprensión de las infecciones en un animal simple como el plancton se pueda aplicar de manera más amplia a los invertebrados que son importantes para la salud humana.

En África, el sudeste de Asia, así como en América del Sur y Central, 200 millones de personas padecen infecciones causadas por esquistosomas, invertebrados más comúnmente conocidos como gusanos planos parásitos. Causan enfermedad y muerte, e importantes consecuencias económicas y de salud pública, tanto que la Organización Mundial de la Salud las considera la segunda enfermedad parasitaria más devastadora desde el punto de vista socioeconómico después de la malaria.

Son solo una de las muchas enfermedades tropicales desatendidas transmitidas a las personas por hospedadores invertebrados como caracoles, mosquitos y moscas que pican. Estas enfermedades infectan a una gran parte de la población, pero ocurren en áreas con bajos niveles de saneamiento que no tienen los recursos económicos para abordar esas enfermedades, dijo Stewart Merrill.

Los esquistosomas viven en ambientes de agua dulce que la gente usa para beber, lavar la ropa y bañarse. Entonces, aunque hay tratamientos, al día siguiente una persona puede volver a infectarse fácilmente con solo acceder al agua que necesita. Al comprender mejor cómo los mismos gusanos planos sucumben o luchan contra la infección, científicos como Stewart Merrill nos ayudan a acercarnos a detener la cadena de transmisión a los humanos.

"Realmente necesitamos trabajar para comprender la prevención de infecciones y cuál es ese riesgo en esos sistemas acuáticos, en lugar de simplemente curar las infecciones", dijo.

La buena noticia es que podemos aprender de los mismos invertebrados que nos infectan. En los hospedadores invertebrados que sufren o mueren a causa de sus infecciones, existe un buen incentivo para aprender a desarrollar una respuesta inmune y combatirla. Algunos caracoles incluso han demostrado la capacidad de retener una memoria inmunológica: si se infectan una vez y sobreviven, es posible que nunca vuelvan a infectarse.

"Si podemos comprender mejor cómo el medio ambiente da forma a esas defensas, en el futuro podríamos predecir cómo los cambios ambientales podrían amplificar o suprimir el riesgo de transmisión a las personas", dijo Stewart Merrill.

La investigación se ha publicado el 13 de mayo en The American Naturalist: Host controls of within-host disease dynamics: insight from an invertebrate system

Imagen de cabecera: Un zooplancton (Daphnia dentifera) infectado por el parásito fúngico Metschnikowia bicuspidate. Las esporas de hongos microscópicos que llenan el cuerpo son muy visibles como manchas negras difusas. Crédito: Tara Stewart Merrill

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